碳复合材料的制备及其电化学性能.pdf

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1、第24081卷5年第6月期ActaScienti南ar开，7z大N学tufa学li报(U自然i科rs学it口版ti)N忌口iensiVo1．48NO_3。Jun．2015文章编号：0465—7942(2015)03—0054—05氧化亚硅／石墨／碳复合材料的制备及其电化学性能吴文骏，马海燕，杨化滨(南开大学新能源材料化学研究所，天津300071)摘要：采用高能球磨法和高温焙烧法，以氧化亚硅、石墨和葡萄糖为原料，制备了氧化亚硅／石墨／碳(SiO／G／C)复合材料，研究了其最佳制备条件和电化学性能．结果显示，在氩气中700C下焙烧2h后所

2、制得的si0／G／C负极材料在质量比为SiO：G：C一34：51：15时具有最佳的电化学性能．该复合材料首次放电容量为803．5mAh／g，50周时放电容量仍保持在592mAh／g．XRD结果表明，该复合材料主要组成为SiO、石墨和无定形碳．石墨和无定形碳的添加对Si0的电化学性能有显著改善作用．关键词：锂离子电池；负极材料；Si0／G／C复合材料；电化学循环性能中图分类号：0646文献标识码：A0引言随着电子产品如手机、笔记本、数码相机、微型摄像机等对能源供应设备的要求越来越高，尤其是动力交通工具如电动汽车等的快速发展，使得开发新型

3、绿色高能化学电源显得尤为迫切E1-2~锂离子电池由于具有比容量高、充放电效率高、循环性能好和成本低的优势，成为研究工作的热点．负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，影响着锂离子电池的比能量及循环寿命，一直是锂离子电池研究的重点j．硅基负极材料具有最高的储锂容量和较低的电压平台]，是锂离子电池负极材料研究的热点之一．然而，硅材料巨大的体积膨胀率(>300)和低的电导率限制了其商业化应用l3]．siO的理论容量比硅低，但si—O键的强度是Si-Si键的2倍，且首周反应过程中生成的LiO化合物对体积膨胀有缓冲作用，因此其循环性能比硅优越得多

4、_8]，引起了很多研究者的关注．Momma等_9直接在铜箔上电沉积含有SiC1的碳酸丙烯酯溶液，再在含有LiC10的电解液中进行还原处理，最终得到SiO—C复合材料，其平均厚度在3．3m．电化学测试结果显示，2000次循环后容量保持在1000mAh／g左右，循环性能优异．但是该制备过程涉及到有氧化性的LiC10，其与有机物摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸；且LiCIO有刺激性，应减少使用，因此很难实现生产化．Doh等l1。“研究了不同球磨时问对SiO／C电化学性能的影响，他们认为球磨过程中只是SiO和C的简单混合，球磨结果也只是减小了材料的

5、粒径．电化学测试结果显示，材料的循环性能整体都比较优异，原因可能是形成了LiSiO，而不是Ii—si合金的缘故．但是随着球磨时间从12h增加到30h，电极的不可逆容量在增加，可能是材料的比表面积增大造成的；30周后，球磨24h的样品放电容量最高．为了进一步改善氧化亚硅的电化学性能，将高能球磨法和高温焙烧法结合起来制备SiO／G／C复合材料．结果表明，石墨和无定形碳对氧化亚硅的电化学性能有较大的改善，所制备的材料表现出较高的比容量和良好的电化学循环稳定性．收稿日期：2015-01—28基金项目：国家高技术研究发展计划(2011AA11A

6、255)；天津市应用基础及前沿课题(13JCZDJC320oo)作者简介：吴文骏(199O一)，男，江苏盐城人，硕士研究生．通讯作者：杨化滨(197O一)，男，吉林吉林人，研究员，研究方向：能源材料化学．E—mail：hb—yang@nankai．edu．cn第3期吴文骏等：氧化亚硅／石墨／碳复合材料的制备及其电化学性能·551实验部分1．1材料的制备与表征将一定质量比的SiO与石墨在充满氩气密封的陶瓷罐中球磨，球磨条件：球磨时间为2Oh，球料比为10：1，转速400r／min．将得到的混合物与葡萄糖按一定质量比混合均匀后在10mL的

7、坩埚中焙烧．焙烧条件为：焙烧温度600~800C，焙烧时间2h，升温速率为10℃／min，焙烧气氛为氩气或空气．样品的XRD分析采用RigakuD／max一2500X射线衍射仪(日本理学)进行测试，CuKa靶和石墨单色器，工作电压为40kV，工作电流为100mA，扫描速度8。／min，扫描范围为10。～80。．1．2扣式电池的组装与电化学性能测试将活性材料、导电剂SP及粘结剂PVdF按质量比8O；1O：1O混合，加入适量NMP(N一甲基吡咯烷酮)溶剂，在密闭容器中，磁力搅拌24h．均匀混合后，用刮刀均匀地涂敷于铜箔上．120℃下真空干

8、燥15h后，冲成直径为13mm的圆形电极片，在2OMPa下，压片30S，制成样品电极．以该样品电极为研究电极，金属锂片为对电极，以1mol／LLiPF的Ec／DMc(体积比为1：1)溶液为电解液，采用Celgard240