【摘 要】
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硅基材料因为具有较高的理论比容量、较低的嵌锂电位、资源丰富,被认为是最为理想的锂离子电池负极材料之一。然而,受限于硅基材料在充放电过程中剧烈的体积效应以及其本身较差的电导率,硅基电极材料难以进行大规模商业化应用。为了解决这一难题,本文设计了一种具有“核-缓冲层-壳”结构的硅基复合材料。制备方法简化了传统核壳结构的硅碳复合材料的复杂制备步骤,适合大规模生产。独特的缓冲层设计有效消除了硅锂合金反应引起
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硅基材料因为具有较高的理论比容量、较低的嵌锂电位、资源丰富,被认为是最为理想的锂离子电池负极材料之一。然而,受限于硅基材料在充放电过程中剧烈的体积效应以及其本身较差的电导率,硅基电极材料难以进行大规模商业化应用。为了解决这一难题,本文设计了一种具有“核-缓冲层-壳”结构的硅基复合材料。制备方法简化了传统核壳结构的硅碳复合材料的复杂制备步骤,适合大规模生产。独特的缓冲层设计有效消除了硅锂合金反应引起的体积效应对电极结构的破坏,使复合材料表现出优异的结构稳定性。本文的主要内容围绕具有“核-缓冲层-壳”结构的硅基复合材料的设计、制备及电化学性能研究展开,具体内容如下:（1）使用装置简便、操作简单的电化学剥离法成功制备了良好的缓冲层材料,即电剥离石墨烯（EG）。使用纳米Si、EG和蔗糖为原料,采用球磨和喷雾干燥工艺,制备了具有“核-缓冲层-壳”结构的硅/电剥离石墨烯/碳（Si/EG/C）复合材料。这种独特结构可耐受Si在充放电过程中的体积变化,将Si限制在Si/EG/C的碳壳结构内部,还能提高Si颗粒的导电性。因此,Si/EG/C在0.5 A g-1下100次循环后容量没有衰减(834 m Ah g-1),500次循环后的容量保持率为78.3%。（2）由于SiO比纳米硅的成本更低、体积效应更小,使用SiO代替纳米硅来构成“核-缓冲层-壳”结构。使用SiO、EG和蔗糖为原料,采用球磨工艺,制备了具有“核-缓冲层-壳”结构的氧化亚硅/电剥离石墨烯/碳（SiOx/EG/C）复合材料。这种结构不仅能够缓解SiOx体积膨胀带来的问题,还能避免SiOx与电解液的直接接触来减少SiOx的副反应。因此,SiOx/EG/C在0.5 A g-1下的首次库伦效率为82%,首圈可逆容量为630 m Ah g-1,400次循环后容量保持率为83.5%。
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