Si@TiO2復(fù)合蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)鋰離子電池負(fù)極材料研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)容量高、壽命長(zhǎng)、安全的負(fù)極材料成為了鋰離子電池相關(guān)研究中必須要解決的問(wèn)題。Si與TiO2都是被重點(diǎn)關(guān)注的新一代鋰離子電池負(fù)極材料，硅具有最高的理論容量(4200mAh/g)而且來(lái)源豐富，但是存在高達(dá)400％的體積膨脹;TiO2嵌鋰電位高、體積變化小、循環(huán)穩(wěn)定性好，理論容量卻非常低。本文提出了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料這一新思路，并通過(guò)濕化學(xué)方法成功制備了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，試圖通過(guò)材料

2、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和協(xié)同效應(yīng)兩方面的作用得到性能優(yōu)異的負(fù)極材料。
　　本文先采用HPC輔助法制備了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，確定了TEOS水解法作為更優(yōu)的空腔形成方法。通過(guò)調(diào)節(jié)HPC輔助法的工藝參數(shù)TEOS和TBOT的加入量，對(duì)蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)空腔尺寸與殼層厚度進(jìn)行了調(diào)控，獲得了多個(gè)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。在本文設(shè)計(jì)的空腔尺寸與殼層厚度范圍內(nèi)，空腔尺寸的增大有利于首次循環(huán)效率的與循環(huán)穩(wěn)定性的

3、提升;相反殼層厚度降低時(shí)，比容量會(huì)大幅增大，樣品的總體循環(huán)性能上升。HPC輔助法制備的性能最優(yōu)的Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料樣品MS3初次放電容量達(dá)到2459mAh/g，首次循環(huán)效率為58％，百次循環(huán)容量288mAh/g，容量保持率為11.7％。
　　接著，本文采取PVP輔助法在室溫下制備了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，通過(guò)使用基團(tuán)更大的表面活性劑與鈦源獲得了比表面積與孔隙率更大的Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材

4、料，相近殼層厚度下PVP輔助法制備的樣品MR1比表面積為112.3539 m2/g，HPC輔助法的樣品MS3只有53.3337 m2/g。PVP輔助法制備的樣品MR1初次放電容量能達(dá)到3095mAh/g，首次庫(kù)倫效率為53.73％，百次循環(huán)容量為245mAh/g，容量保持率為7.92％。比表面積與孔隙率較高的樣品，能夠提升樣品的首次充放電容量，但是會(huì)降低首次庫(kù)倫效率與百次容量保持率。
　　最后，為了獲得性能更好的材料，本文采用直接

5、水解法制備了Si@TiO2蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，研究了表面活性劑的引入對(duì)于產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與性能的影響。雖然，制備過(guò)程中引入表面活性劑更有利于得到殼層厚度更均勻，結(jié)構(gòu)更完整的蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，但是表面活性劑的引入對(duì)鋰離子電池性能不利。在同等殼層厚度條件下，直接水解法制備的樣品鋰離子電池性能要遠(yuǎn)優(yōu)于HPC輔助法和PVP輔助法，即使與HPC輔助法和PVP輔助法制備的殼層更薄的樣品比較，直接水解法制備的樣品MD1鋰離子電池性能也更好。直接水