一氧化硅与球形石墨及其复合材料的制备及性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nvli2010
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本课题主要对一氧化硅与球形石墨及其复合材料进行研究。由于一氧化硅材料理论容量较高但体积效应导致循环性能较差,石墨的循环稳定性较好而容量偏低,故而对两种材料单独研究。通过歧化、球磨、碳包覆等方法提高一氧化硅的性能,通过碱刻蚀的方法提高球形石墨材料的性能,并将两者相复合,找到复合材料的最佳比例,使复合材料在拥有较好的可逆容量的同时,具有较好的循环性能。利用XRD、SEM等测试方法对材料进行表征,利用循环伏安测试、交流阻抗测试、恒电流充放电测试等对材料的电化学性能进行研究。在700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃下对SiO材料进行歧化处理,最佳的歧化温度为1000℃,歧化后的材料在0.1C下循环100次后依然可以保有大约93.6mAh/g的可逆容量,歧化对于SiO材料性能提高的有限,没有从根本上解决SiO基负极材料容量不断衰减的问题。球磨和碳包覆在一定程度上提高了材料的循环容量,但没办法改变SiO基负极材料循环稳定性差的问题。所以,需要进一步的提升SiO基负极材料的电化学性能,以便将之商业化应用。分别使用搅拌抽滤和湿混碱刻蚀两种方法对球形石墨材料进行刻蚀处理。搅拌抽滤碱刻蚀的最佳条件在碱碳质量比10:1~20:1之间,碱碳比10:1处理的球形石墨负极材料的性能较好,在0.1C、0.2C下,可逆比容量分别在350mAh/g和345mAh/g左右,好于球形石墨原样的332mAh/g和312mAh/g,循环稳定性也较好,0.1C倍率下循环40次后,可逆容量保有341.6mAh/g。但在大电流充放电时,碱碳比20:1处理的材料可逆容量略优,碱碳比10:1处理的材料稳定性较好。湿混碱刻蚀处理的最佳条件在碱碳比为3:1左右,0.1C、0.2C条件下,可逆比容量分别为345mAh/g和320mAh/g左右,循环较为稳定,0.1C倍率下循环60次后可逆容量约为348.7mAh/g。1C倍率下循环200次后可逆容量约为280.3mAh/g,明显优于球形石墨材料的可逆容量180.6mAh/g。通过机械混合的方式制备刻蚀处理的球形石墨与歧化SiO的复合材料。两种碱刻蚀球形石墨/歧化SiO复合材料的性能均随着SiO含量的增加而逐渐变差,性能最佳的材料为含5%SiO的复合材料。搅拌抽滤碱刻蚀球形石墨/歧化SiO复合材料在0.1C下循环40次后,保有约413.8mAh/g的可逆容量,0.2C下的循环可逆容量也可达到396mAh/g左右。湿混碱刻蚀球形石墨/歧化SiO复合材料在0.1C、0.2C倍率下的可逆容量分别可达403mAh/g、397mAh/g左右,循环稳定性也较好,0.1C下循环50次后可保有399.4mAh/g的可逆容量。
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