锂离子电池硅基材料的制备及研究

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硅负极材料由于具有高的理论比容量而受到广泛关注,但是其在脱/嵌锂过程中存在严重的体积变化,导致电极结构不稳定、循环稳定性差,从而限制了它的实际应用。本文在综述了硅材料的研究现状之后,采用重氮化法制备了核壳型的Si/C复合材料,并通过原位聚合法制备了Si/G/PANI复合材料,分析和研究了其结构形貌、组成及电化学性能。利用重氮化法制备了核壳型Si/C复合材料,通过TEM、XRD、FT-IR、XPS、TG、以及SEM等手段对材料的组成和结构进行了表征,研究结果表明碳层的厚度为10nm左右,其与纳米硅相比表现出了良好的导电性,并且没有严重的团聚现象。通过充放电测试发现核壳型Si/C纳米复合材料首次可逆容量为1066mAh·g-1,首次库伦效率为77.87%,经过30次循环后仍保持为881.7mAh·g-1的高可逆容量,容量保持率高达82.6%,与纳米硅相比,复合材料表现出高的可逆容量、高的库伦效率和优良的循环稳定性。在水-乙醇溶剂的体系中,利用原位聚合法制备了Si/G/PANI复合材料。通过物理表征表明聚苯胺均匀地包覆在纳米硅的表面。将以Si/G/PANI复合材料为活性物质制得的极片在220℃温度下热处理后,测试发现其具有1400mAh·g-1的可逆容量,首次库伦效率为69.8%,经过95次循环后比容量仍可达866mAh·g-1,容量保持率为63%。通过EIS测试更进一步证实了Si/G/PANI复合材料具有良好的电化学性能。在水-乙醇体系中制备出Si/PANI复合材料后,再将复合材料在950℃的温度下使聚苯胺碳化,得到了纳米硅-碳复合材料,从TEM图片中得到碳化后的复合材料具有均匀的包覆结构;纳米硅-碳复合材料首次可逆容量为1214mAh·g-1,首次库伦效率达到78.75%,相比于Si/G/PANI复合材料有了较大的提升,并且经过45次循环后容量保持率为70%。
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