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《锂离子电池中高容量硅铝_碳复合负极材料的制备与性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2第卷第期无机材料学报1#(,3#22,!年月∀#∃%&∋(#)∗&#%+∋&,−.∋/−%,∋(0∀∋&!一一一文章编号45678!95:!捏离子电池中高容量硅铝;碳复合负极材料的制备与性能研究,,,,文钟晨谢晓华王可杨军解晶莹2中国科学院上海微系统与信息技术研究所能源科学与技术实验室,上海!<82哈尔滨工程大学化工学院,哈尔滨!9、2摘要4锉离子电池用高容量负极材料普遍存在首次不可逆容量高循环性能差等问题本文采,用高温固相法制备了硅铝;碳铿离子电池负极
2、材料制备出的复合负极材料的比容量远高于目前铿离子电池普遍使用的中间相碳微球,循环寿命则优于同粒度的硅单体为活性中心的硅碳复合材料·=(引入>,;?复合材料中,有效抑制了材料的首次嵌锉深度,且减缓了电压滞后现象2制备的复合负极材料首次可逆容量达到≅=Β+,,Α;首次充放电效率在Χ!Δ以上!次循环后容量仍保持:2Δ以上关键4<<,词锉离子电池负极复合材料硅44中图分类号Ε.+&文献标识码=引言目,前商品化的铿离子电池大多采用铿过渡金属氧化物;石墨体系虽然这类体系的电,,化学性能优异但是由于其本身储铿能力较低8如
3、石墨的理论储铿量为5ΦΑ=Β;+9已难以适应现在各种便携式电子设备的小型化发展及电动汽车对大容量高功率化学电源的广泛需求2因此目前对可替代现有的储铿能力较低的铿过渡金属氧化物;石墨体系的新型正负极·5ΧΑΒ+、材料的研究十分活跃单质硅因具有很高的储铿容量8=;9较低的储铿电位而倍受瞩目,是新型高容量储铿材料的理想候选材料2,,,,但是与金属基材料一样硅基材料在高程度脱嵌铿条件下存在严重的体积效应造成电极的循环稳定性不稳定2此外,硅在首次嵌铿过程中,发生由晶态向无定型态的转变,致使这种材料的结构严重被破坏2因此
4、,纯硅的首次不可逆容量非常高,进一步限制了其作为铿离子电池负极材料的应用2目前对于这种高储铿材料主要是通过减小材料的粒径、制备复合材料来进行改性与优化2如采用纳米尺度的硅作为活性材料制备的复合电极,,,Φ!Α=+以Γ(2体系经过个循环以后容量仍保持了其初始储铿容量的!Δ达Β;上目前许多研究表明将硅分散于结构稳定、循环性能优异的碳材料中,可以有效提高硅负极的循环寿命【一6Η2而采用球磨法制备的以0,为活性中心,惰性金属3,、Ι−为分散载体的活性;惰性复合体系,改善了材料的导电性能的同时,提高了含硅材料的循环
5、性能阿≅Η2但是3、,,,Ι−本身的摩尔质量大属于非嵌铿材料因此在一定程度上削弱了硅基材料比容量高2,、,,此外因此容易产生“屏蔽的优势3,Ι−材料本身属于电子导体不具有离子导电性45一一5,46一一Χ收稿日期收到修改稿ϑ期4墓金项目国家高技术研究发展计划8Χ≅5计划98==55≅94,·2一,一∋4−&Μ#&0−&∋##￡#−&作者简介文钟最8:Φ≅9女博士研究生ΚΑ,(ΛΒ+Β+ΝΟΒΑ6无机材料学报卷”,、,十效应使Π,很难进入被3,Ι−基体完全包覆的区域从而使这部分
6、活性材料失去嵌铿作用2,,本文利用>,;?复合材料的优势针对硅在电化学铿嵌脱时产生的严重体积效应将具,有嵌铿活性的元素=(引入0,;?复合体系中采用高温固相反应制备了>∗=∗;?三元复合体系2作为分散载体的碳是离子和电子的混合导体,具有良好的循环性能和较低的体积效应2,,,、通过常规的高温裂解发生脱氢反应碳化后形成具有一定的储铿容量可逆嵌脱铿性能导电性能良好的分散载体,以抑制活性中心体的团聚,并减轻电极材料的体积变化2石墨粉体分散于裂解碳中,可提高材料的循环稳定性能2此外,石墨粉体的加入能够减小充放电的电压差,改
7、善电池的电压特性2利用作为活性中心的>,、=(在不同电位下的嵌铿效应,,,使材料的体积膨胀发生在不同电位下可缓解由此产生的内应力从而增加材料的循环稳定性2并且=(的加入也可改善材料的电压滞后现象2实验2材料制备,,粒度为!户Α的硅粉与微细铝粉以一定的计量比在=%气氛中球磨混匀后在混合气体86Θ#(ΔΡΣ,:≅Θ#(Δ=%9保护下,于≅?热处理后,制备成复合材料前驱物·称取适量沥,,青溶于丙酮中搅拌均匀<将粒度为、户Α的石墨粉缓慢加入轻轻搅拌并适当研磨<将,,<前述的热处理后的硅;铝粉体加入沥青溶液中并搅
8、拌均匀在室温下待溶剂挥发后将,,,,混合物移入密封石英管置于加热炉中6Θ#ΡΣ:≅Θ#(Δ=%9保护通入混合气体8(Δ缓慢升温至“?左右,升温速率Τ“?;Α,&,反应时间Α,&左右·反应后的样品自然冷却至室温,整个过程中一直有惰性气氛保护2反应形成的>∗=∗;?复合材料8各组分含量约为铝Χ2ΦΛ/Δ,硅≅2(Λ/Δ,石墨5:2(Λ/Δ,沥青裂解碳≅2(Λ/
