锂离子电池硅纳米线负极材料研究

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1、锂离子电池硅纳米线负极材料研究pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第15卷　1期第2009年2月电化学ELECTROCHEMISTRYVol15　No.1.Feb.2009锂离子电池硅纳米线负极材料研究傅焰鹏,陈慧鑫,杨　勇3(厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室,化学化工学院化学系,福建厦门,361005)采用涂膜法和直接生长成膜法分别制备两种硅纳米线电极.XRD、SEM和充放电曲线表征、观察和摘要:　测定材料嵌锂状态过程的结构、形貌及电化学性能.与涂膜法相

2、比,直接生长成膜法制备的硅纳米线电极具有较高的比容量、良好的循环寿命及较好的倍率性能;直接生长成膜法制备的硅纳米线电极,其嵌锂过程硅由晶态逐渐转变为非晶态,且其纳米线直径逐渐增大,但线状结构仍保持完好,进而防止了电极粉化和脱落.关键词:　;纳米线;负极材料;锂离子电池;电化学性能;涂膜法;直接生长成膜法硅中图分类号:　TM911文献标识码:　A　　硅是目前发现的具有最高理论储锂容量的负极材料(4200mAh/g),其比容量远远高于石墨材料,但它的实际嵌锂量与电极上硅的尺寸、电极配方及充放电倍率等因素密切相关.

3、同时,硅负极材料在高度嵌/脱锂的条件下,还存在严重的体积效[12]4应(体积膨胀率>400%),从而导致材料粉化和脱落.因此,近年来对硅负极材料的研究,主要集中在如何避免体积效应导致的电极循环性能衰[52]10退.硅纳米线作为一维硅纳米材料的典型代表,与纳米颗粒材料不同,其电子的传输不必克服一连串纳米颗粒接触的界面势垒,而且这种一维结构也能有效的缓冲体积效应,因此该负极材料具有重要的潜在应用前景,但目前以硅纳米线作为锂离子电池[112]13负极材料的研究还鲜有报道.此前作者已有硅纳米管嵌锂负极材料研究的[14

4、]报道,本文应用化学气相沉积法制备硅纳米线,以此材料制备负极(涂膜法和直接生长成膜法)研究锂离子电池的特性及不同嵌锂负极的结构和形貌.中,在氢气气氛下,升温至600℃,控温2h,使金膜熔聚成颗粒,降温至480℃,再通入硅烷气,硅烷气和氢气流量分别为5.0×103-7m/s,时间3h,降至室温,制得附有大量黄色物质的硅片.刮下黄色硅纳米线,将活性物质(1mg)、导电剂乙炔黑和粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)按85∶∶(bymass)混匀,球磨3h,制成浆料,涂敷在510Cu箔上,真空干燥制成极片.直接生长成膜法:以

5、不锈钢片(304,厚0.5mm)为基底,按照上述步骤直接沉积硅纳米线,即得硅纳米线负极.将上述两种电极与金属锂片、Cellgard2400隔膜和1mol/LLiPF6的EC/DMC(1∶byvolume)1,电解液,在充满氩气的手套箱(MBRAUNLab2Mater100,Gerany)中组装2025扣式电池.m1.2　电极性能测试及仪器EA/MA1110元素分析仪(意大利卡劳尔巴公司)专用天平(精度为±μg)称量活性物质,平均1值0.5mg.使用AutolabPGSTAT30电化学工作站(荷兰ECOCHEM

6、IE公司)测试循环伏安曲线,电压范1　　实验1.1　电极制备与电池组装涂膜法:将镀金膜(10nm)的硅片放入管式炉围:0.01～2.00V,扫描速率0.5mV/sLAND.CT2001A电池测试系统(武汉金诺电子公司)检测文章编号:100623471(2009)01200562063m/s和1.67×10-7收稿日期:200822修订日期:200822　3通讯作者,Tel:(862)2185753,E20820,0918592mail:yyang@xmu.edu.cn国家自然科学基金(90606015,299

7、25310)资助第1期傅焰鹏等:锂离子电池硅纳米线负极材料研究?57电池充放电曲线,电压范围0.01～2.0V,恒温25℃.充放电曲线.从图看出,首次放电容量为3125mAh/g,充电容量为2170mAh/g,充放电效率为70%.第2圈循环放电容量下降为2219mAh/g,充1.3　材料表征PANalyticalX’Pert型粉末X射线衍射仪(荷兰Philips)观察形貌和表征结构.2　结果与讨论2.1　充放电特性线.从图看出,首次放电容量为2177.4mAh/g,充电容量为1184.8mAh/g,充放电效率

8、为54.4%.而经5次循环放电后,容量仅为211.5mAh/g.图2a示出硅纳米线电极(直接生长成膜法)图硅纳米线电极(涂膜法)C/20充放电曲线　1　Fig.1　Galvanostaticcharge2dischargecurvesforSiNWs(preparedbycoatingmethod)atC/20rate图硅纳米线电极(直接生长成膜法)C/20充放电循环性能曲线(a)和库仑效率曲线(b