鋰離子電池硅_碳復合負極材料研究進展_張紀偉new

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1、綜述鋰離子電池硅/碳復合負極材料研究進展張紀偉，張明媚，張麗娟*(北京工業(yè)大學環(huán)境電化學實驗室，北京100124)摘要：具有高容量和優(yōu)良循環(huán)性能的硅-碳復合材料是近年來鋰離子電池負極材料領域研究的熱點，碳材料的選取及其制備方法對復合材料的形貌和電化學性能具有重要的影響。按照碳材料的分類，綜述了近兩年硅碳復合材料研究領域的最新進展和研究熱點，并重點介紹了材料的制備方法及其優(yōu)缺點，同時對鋰離子電池硅碳負極材料的發(fā)展趨勢進行了初步展望。關鍵詞:鋰離子電池；負極材料；硅/碳復合材料；循環(huán)穩(wěn)定性；倍率性能中圖分類號：TM912文獻標識碼：A文章編號：1002-087X(2013)04-068

2、2-04ResearchprogressofSi/Ccompositesasanodesforlithium-ionbatteriesZHANGJi-wei,ZHANGMing-mei,ZHANGLi-juan*(LaboratoryofEnvironmentalElectrochemistry,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)Abstract:TheresearchonSi/Ccompositeswithhighcapacityandgoodcyclingpropertieshascausedgreatatten

3、tions.Thecarbonmaterialsandthepreparationofthecompositeshavesignificantimpactonthemorphologyandelectrochemicalproperties.TherecentprogressofSi/Ccompositesmaterialsweresummarizedaccordingtotheclassificationofcarbonmaterials.Thesyntheticmethodsofdifferentmaterials,advantagesanddisadvantagesofthe

4、materialsandthemethodswerefocusedon.ThedevelopmenttrendofSi/Ccompositesasanodesforlithium-ionbatterywaspredicted.Keywords:lithium-ionbatteries;anodematerials;Si/Ccomposites;cyclestability;rateperformance鋰離子電池由于具有高輸出電壓，高比容量，高安全性等目前硅-碳復合負極材料中作為基質(zhì)的碳可分為石墨碳、優(yōu)點，廣泛用于電腦、手機等便攜式電子產(chǎn)品中，并逐漸成為無定型碳、中間相碳微球、碳纖

5、維、碳納米管、石墨烯等。碳基電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)的主導電源。當前商業(yè)化質(zhì)及制備方法的不同都會對復合材料的形貌及電化學性能產(chǎn)鋰離子電池的負極材料主要為改性天然石墨和人造石墨，其生重要的影響。本文按碳基質(zhì)進行分類，綜述了近年來硅-碳理論比容量只有372mAh/g，難以滿足市場需求。復合材料作為鋰離子電池負極材料的研究進展，并對硅碳材硅由于具有較高的理論比容量和較低的嵌鋰電位而引起料的發(fā)展趨勢作了初步展望。廣泛關注。Li和Si可形成合金Li4.4Si，理論比容量高達42001硅-碳二元復合mAh/g[1]，但是硅在與鋰合金化的過程中會產(chǎn)生很大的體積效1.1硅-傳統(tǒng)碳材

6、料應(高達400%)，導致電極結(jié)構(gòu)的崩塌和活性材料的剝落，使電1.1.1硅-石墨復合材料極材料失去電接觸，造成容量迅速衰減[2]，加之硅的導電性差，石墨是目前應用最廣泛的鋰離子電池負極材料，具有良嚴重阻礙了純相硅作為鋰離子電池負極材料的實用化。好的電壓平臺且價格低廉，層片狀結(jié)構(gòu)可以有效緩沖充放電硅-碳復合負極材料中硅作為活性物質(zhì)，提供儲鋰容量；過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力。如何使硅-石墨復合材料電化學性能達碳作為分散基體，緩沖硅顆粒嵌脫鋰時的體積變化，保持電極到最優(yōu)化一直以來都是研究的重點。結(jié)構(gòu)的完整性，并維持電極內(nèi)部電接觸。因此硅-碳復合材料B.Fuchsbichler等[3]采用凝膠狀的

7、SiH作為硅的前驅(qū)體510綜合了兩者的優(yōu)點，表現(xiàn)出高的比容量和較長的循環(huán)壽命，有與多孔的天然石墨混合，熱處理后得到硅/石墨復合材料。結(jié)望代替石墨成為新一代鋰離子電池負極材料。果顯示硅不僅沉積在石墨的表面，而且也填入石墨的孔內(nèi)。雖然首次比容量較低，僅為理論比容量的60%，但100次循環(huán)收稿日期：2012-09-02基金項目：北京市教委面上項目(KM20081005033)；國家自然科后，比容量保持在840mAh/g，為理論比容量的80%，且?guī)靵鲂W基金(50974006