鋰離子電池硅/碳復合材料的形貌和性能的分析

　　鋰離子電池負極材料方面，石墨類碳材料由于其良好的循環(huán)穩(wěn)定性，理想的充放電平臺和目前最高的性價比，仍是未來一段時間內(nèi)鋰離子電池的首選負極材料。 但是碳材料的充放電比容量較低，體積比容量更是沒有優(yōu)勢，難以滿足電動車及混合電動車對電池高容量化的要求。 因此開發(fā)具有高比容量、高充放電效率、長循環(huán)壽命的新型鋰離子電池負極材料極具迫切性。硅基材料因具有最高的理論嵌鋰容量（4200mAh/g，遠高于目前其它所有的負極材料）而越來越受矚目。 硅基材料在高程度脫嵌鋰條件下，存在嚴重的體積效應，造成電極的循環(huán)穩(wěn)定性大幅度下降。 針對硅的體積效率，將硅與具有彈性且性能穩(wěn)定的載體復合，緩沖硅的體積變化，將是提高硅類材料穩(wěn)定性的有效途徑。 已經(jīng)成功應用于鋰離子電池的碳類材料具有相對彈性的結(jié)構(gòu)， 是良好的鋰離子和電子導體，本身具有一定的嵌鋰容量，其嵌脫鋰體積變化小，循環(huán)穩(wěn)定性好。 如果將碳與硅能實現(xiàn)有效的復合， 碳就能緩沖硅嵌脫鋰時的體積變化，使整體電極的體積變化控制在合理的范圍內(nèi)， 在保持硅高容量的同時，提高其循環(huán)穩(wěn)定性。本文以分析純葡萄糖 C6H12O6.H2O， 碳黑 （乙炔黑）， 無定形硅 Si 等為反應原料， 用水熱法和高溫熱解法制備硅/碳復合材料; 通過添加不同的添加劑和改良合成條件來控制顆粒的形貌、粒度及其分布，使其達到優(yōu)異的電化學性能; 將不同的硅/碳復合材料組裝成紐扣電池， 并對不同硅/碳復合材料的電化學性能進行系統(tǒng)研究。 1.實驗部分 1.1 實驗儀器電熱恒溫干燥箱 DHG-9202（上海三發(fā)科學儀器有限公司）；超聲波清洗器 KQ-250B （昆山市超聲儀器有限公司）； 分析天平 AUY120 （島津有限公司）；磁力加熱攪拌器（江蘇金華儀器廠）; 全纖維真空高溫管式爐 GWG-1/1600 型（東南大學自動化儀表研究所）。掃描電子顯微鏡采用日本 Hitachi 公司 S-3400N II 型號電鏡; 藍電電池測試系統(tǒng)采用 LAND 深圳市六維科技有限公司 SZLAND CT2001C。

　　2.1.1 硅/碳復合材料（一）的形貌分析圖 1 為硅/碳復合材料（一）的 SEM 照片。從 SEM 照片中可看出，無定形硅（納米級）顆粒表面緊密包覆有碳層后分散在無定形相基體中。各個樣品的尺寸都比較大，達到微米級，尺寸在 1um-2um。 形貌也比較均一，大多都呈均勻的圓形。 硅顆?？梢宰畲笙薅冉档头磸颓?脫鋰過程中的絕對體積變化。 葡萄糖在高溫熱解過程中發(fā)生了碳化，碳包覆層與硅顆粒間的接觸效果較其它通過物理方法制備的硅/碳復合材料更好，這使得硅顆粒在電化學嵌脫鋰過程中產(chǎn)生的電荷能夠借助于高電導性碳層進行快速傳遞，克服了由于電阻過大引起的電極容量快速衰減等問題。

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