鋁催化熱化學(xué)氣相沉積法制備硅納米線及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、硅作為鋰離子電池負(fù)極材料，其理論儲鋰容量高達(dá)4200mAh/g，但是在脫嵌鋰過程中硅材料體積變化劇烈，導(dǎo)致電池性能欠佳。而納米結(jié)構(gòu)硅材料具有較大的比表面積，能夠有效釋放體積形變所產(chǎn)生的應(yīng)力，從而保護(hù)電極結(jié)構(gòu)，提高電池性能。本論文采用設(shè)備簡單、成本低廉的熱化學(xué)氣相沉積（Chemical Vapor Deposition，CVD）技術(shù)，以金屬鋁（Al）為催化劑在不銹鋼襯底上制備出了硅納米線并研究了其儲鋰特性。其中，不銹鋼片可作為集流體，制備

2、出的硅納米線無需物理粘接劑就可直接作為電極使用，簡化了電極制備過程，同時提高了電極材料的導(dǎo)電性。本論文的研究工作主要包括以下幾個方面：
　?。?）利用熱CVD技術(shù)以Al為催化劑在不銹鋼襯底上制備出了硅納米線，并將其直接作為鋰離子電池電極組裝成紐扣電池。在1A/g的電流密度下充放電50次之后的可逆容量保持率為57.3％；倍率測試的電流密度高達(dá)10A/g時，電極的可逆容量達(dá)到999mAh/g。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硅納米線電極在充放電循環(huán)過程中，

3、容量衰減較為明顯，因此，需要進(jìn)一步優(yōu)化硅納米線結(jié)構(gòu)以提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
　?。?）為了優(yōu)化硅納米線結(jié)構(gòu)，將硅納米線在500oC下氧化處理4小時，形成Si@SiO2核殼結(jié)構(gòu)，SiO2層作為保護(hù)層可以改善電極材料的穩(wěn)定性。在1A/g的電流密度下充放電50次之后的可逆容量保持率為76.9%；倍率測試的電流密度高達(dá)10A/g時，電極的可逆容量高達(dá)1403mAh/g。對比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過氧化處理的硅納米線的循環(huán)穩(wěn)定性較未處理的硅納米線得到