硅_碳复合负极材料在18650型锂离子电池中的应用

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1、硅／碳复合负极材料在18650型锂离子电池中的应用刘文刚1,2，张仰慧，王晓丹，高俊奎29刘兴江1,3(1．天津大学化工学院，天津300072；2．天津力神电池股份有限公司，天津300384；3．中国电子科技集团公司第十八研究所化学与物理电源技术重点实验室，天津300384)摘要：在研究硅／碳复合负极材料和人造石墨负极材料混合负极的比容量与电极膨胀率之间的变化关系的基础上。通过配方优化，成功制作了硅／碳复合负极材料与人造石墨负极材料混合负极的18650型锂离子电池。采用扫描电子显微镜法(SEM)、电化学交流阻抗频谱(E

2、IS)等技术，分析了循环前后负极的变化，研究了氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂对电池性能的影响。结果表明：FEC加入量较高时，可与硅负极材料形成更加稳定的SEI膜，抑制负极材料的粉化，电池18O次循环后，容量保持率达到71．3％，循环性能得到显著提高。关键词：硅／碳复合负极材料；锂离子电池；FEC中图分类号：TM912．9文献标识码：A文章编号：1002—087X(2014)01—0020—04ApplicationofSi／Ccompositecathodematerialsin18650Li—ioncellsLIUW

3、en—gang'，ZHANGYang-hui。，WANGXiao—dan2，GAOJun—kui，L1UXing~iang，t1．SchoolofCheraicalEngineeringandTechnology,TianjinUniversity,Tianj300072，China；2．TanjinLishenBatteryCo，Ltd，Tianjin300384，China；3．NationalKeyLabofPowerSources,TianjinInstituteofPowerSources，Tjan{in30

4、0384，China)Abstract：The18650Li—ioncellswithSi／CcompositeandartificiaIgraphiteblendingcathodematerialswerefabricatedsuccessfullythroughcompositionoptimizationbasedonthestudyofrelationshipbetweenspecificcapaci~andswellingofSi／Ccomposite．Thechangeofcathodebeforeand

5、aftercyclewasanalyzedthroughusingSEMandEISmethods．TheimpactofFECcontentontheperformanceofcellswasinvestigated．TheresultsshowthatFECadditivecannotablyimprovethecycleI_feOf18650Li—ioncells．Thecapacityretentionratereaches71．3％after18Ocycles，theimprovedperformanceat

6、tributedtostablesolid-electrolyteinterface(SEI)layerswhichsuppressedsurfacepulverizationofcathodematerials．Kevwords：Si／Ccompositecathodematerial；Li—ioncell；FEC手机、笔记本电脑、ipad、数码相机等新一代便携式电子产硅材料的纳米化[5-6]、使用高强度的粘结剂[都可以在一定程度品已经成为现代人类社会不可或缺的工具。新一代便携式电上抑制硅的膨胀。此外，硅材料在充放电

7、过程中巨大的体积变子产品要求其动力源具有高安全性、环境友好性、高比能量、化很容易导致SEI膜的破坏及重生，从而使电池内阻迅速升长使用寿命等特点【1]。锂离子电池在这种环境下应运而生，并高，循环性能迅速下降。在电解液中加入优质成膜添加剂可在已经成为目前最具有竞争力的二次电池。18650型锂离子电池负极表明形成稳定的SEI膜，从而有效提高负极的稳定性。碳属于典型的圆柱形锂离子电池，具有突出的体积比能量，特别酸亚乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、琥珀酐(SA)、适合于笔记本电脑、数码相机等产品。新型电子产品对1865

8、0三(五氟苯基)硼烷(TPFPB)及甲基三甲氧基硅烷(TMMS)型锂离子电池的容量要求越来越高，必须采用新型的高比能等添加剂已经被报道并证实可以有效地提高硅基负极材料的量电极材料，才能实现18650型锂离子电池容量的持续提升。循环寿命[8_】2]。然而，这些研究结果都基于半电池测试得到，硅近年来，硅、锡、锑等金属基负极材料由于具有