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《鋰離子電池中高容量硅鋁_碳復(fù)合負極材料的制備與性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、2第卷第期無機材料學報1#(,3#22,!年月?#?%&?(#)?&#%+?&,?.?/?%,?(0??&!一一一文章編號45678!95:!捏離子電池中高容量硅鋁;碳復(fù)合負極材料的制備與性能研究,,,,文鐘晨謝曉華王可楊軍解晶瑩2中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所能源科學與技術(shù)實驗室,上海!<82哈爾濱工程大學化工學院,哈爾濱!9、2摘要4銼離子電池用高容量負極材料普遍存在首次不可逆容量高循環(huán)性能差等問題本文采,用高溫固相法制備了硅鋁;碳鏗離子電池負極
2、材料制備出的復(fù)合負極材料的比容量遠高于目前鏗離子電池普遍使用的中間相碳微球,循環(huán)壽命則優(yōu)于同粒度的硅單體為活性中心的硅碳復(fù)合材料·=(引入>,;?復(fù)合材料中,有效抑制了材料的首次嵌銼深度,且減緩了電壓滯后現(xiàn)象2制備的復(fù)合負極材料首次可逆容量達到?=Β+,,Α;首次充放電效率在Χ!Δ以上!次循環(huán)后容量仍保持:2Δ以上關(guān)鍵4<<,詞銼離子電池負極復(fù)合材料硅44中圖分類號Ε.+&文獻標識碼=引言目,前商品化的鏗離子電池大多采用鏗過渡金屬氧化物;石墨體系雖然這類體系的電,,化學性能優(yōu)異但是由于其本身儲鏗能力較低8如
3、石墨的理論儲鏗量為5ΦΑ=Β;+9已難以適應(yīng)現(xiàn)在各種便攜式電子設(shè)備的小型化發(fā)展及電動汽車對大容量高功率化學電源的廣泛需求2因此目前對可替代現(xiàn)有的儲鏗能力較低的鏗過渡金屬氧化物;石墨體系的新型正負極·5ΧΑΒ+、材料的研究十分活躍單質(zhì)硅因具有很高的儲鏗容量8=;9較低的儲鏗電位而倍受矚目,是新型高容量儲鏗材料的理想候選材料2,,,,但是與金屬基材料一樣硅基材料在高程度脫嵌鏗條件下存在嚴重的體積效應(yīng)造成電極的循環(huán)穩(wěn)定性不穩(wěn)定2此外,硅在首次嵌鏗過程中,發(fā)生由晶態(tài)向無定型態(tài)的轉(zhuǎn)變,致使這種材料的結(jié)構(gòu)嚴重被破壞2因此
4、,純硅的首次不可逆容量非常高,進一步限制了其作為鏗離子電池負極材料的應(yīng)用2目前對于這種高儲鏗材料主要是通過減小材料的粒徑、制備復(fù)合材料來進行改性與優(yōu)化2如采用納米尺度的硅作為活性材料制備的復(fù)合電極,,,Φ!Α=+以Γ(2體系經(jīng)過個循環(huán)以后容量仍保持了其初始儲鏗容量的!Δ達Β;上目前許多研究表明將硅分散于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)性能優(yōu)異的碳材料中,可以有效提高硅負極的循環(huán)壽命【一6Η2而采用球磨法制備的以0,為活性中心,惰性金屬3,、Ι?為分散載體的活性;惰性復(fù)合體系,改善了材料的導(dǎo)電性能的同時,提高了含硅材料的循環(huán)
5、性能阿?Η2但是3、,,,Ι?本身的摩爾質(zhì)量大屬于非嵌鏗材料因此在一定程度上削弱了硅基材料比容量高2,、,,此外因此容易產(chǎn)生“屏蔽的優(yōu)勢3,Ι?材料本身屬于電子導(dǎo)體不具有離子導(dǎo)電性45一一5,46一一Χ收稿日期收到修改稿?期4墓金項目國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃8Χ?5計劃98==55?94,·2一,一?4?&Μ#&0?&?##￡#?&作者簡介文鐘最8:Φ?9女博士研究生ΚΑ,(ΛΒ+Β+ΝΟΒΑ6無機材料學報卷”,、,十效應(yīng)使Π,很難進入被3,Ι?基體完全包覆的區(qū)域從而使這部分
6、活性材料失去嵌鏗作用2,,本文利用>,;?復(fù)合材料的優(yōu)勢針對硅在電化學鏗嵌脫時產(chǎn)生的嚴重體積效應(yīng)將具,有嵌鏗活性的元素=(引入0,;?復(fù)合體系中采用高溫固相反應(yīng)制備了>?=?;?三元復(fù)合體系2作為分散載體的碳是離子和電子的混合導(dǎo)體,具有良好的循環(huán)性能和較低的體積效應(yīng)2,,,、通過常規(guī)的高溫裂解發(fā)生脫氫反應(yīng)碳化后形成具有一定的儲鏗容量可逆嵌脫鏗性能導(dǎo)電性能良好的分散載體,以抑制活性中心體的團聚,并減輕電極材料的體積變化2石墨粉體分散于裂解碳中,可提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性能2此外,石墨粉體的加入能夠減小充放電的電壓差,改
7、善電池的電壓特性2利用作為活性中心的>,、=(在不同電位下的嵌鏗效應(yīng),,,使材料的體積膨脹發(fā)生在不同電位下可緩解由此產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力從而增加材料的循環(huán)穩(wěn)定性2并且=(的加入也可改善材料的電壓滯后現(xiàn)象2實驗2材料制備,,粒度為!戶Α的硅粉與微細鋁粉以一定的計量比在=%氣氛中球磨混勻后在混合氣體86Θ#(ΔΡΣ,:?Θ#(Δ=%9保護下,于??熱處理后,制備成復(fù)合材料前驅(qū)物·稱取適量瀝,,青溶于丙酮中攪拌均勻<將粒度為、戶Α的石墨粉緩慢加入輕輕攪拌并適當研磨<將,,<前述的熱處理后的硅;鋁粉體加入瀝青溶液中并攪
8、拌均勻在室溫下待溶劑揮發(fā)后將,,,,混合物移入密封石英管置于加熱爐中6Θ#ΡΣ:?Θ#(Δ=%9保護通入混合氣體8(Δ緩慢升溫至“?左右,升溫速率Τ“?;Α,&,反應(yīng)時間Α,&左右·反應(yīng)后的樣品自然冷卻至室溫,整個過程中一直有惰性氣氛保護2反應(yīng)形成的>?=?;?復(fù)合材料8各組分含量約為鋁Χ2ΦΛ/Δ,硅?2(Λ/Δ,石墨5:2(Λ/Δ,瀝青裂解碳?2(Λ/
