锂离子电池硅氧化物复合负极材料的制备与改性研究

来源 :江苏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael2000
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硅氧化物负极材料被认为是下一代商业锂离子电池中极具应用前景的负极材料之一。本文针对非化学计量比硅氧化物负极材料在充放电过程中的体积效应比较严重,长时间循环后会造成材料发生粉化和破碎,导致循环寿命急速下降,以及其本征电子电导率较差的问题提出了无定形碳和Li3BO3双重包覆、采用CNTs与金属锡构建三维导电网络结构、制备Ni-MOF多孔材料来改善材料的循环稳定性和倍率性能,主要结果如下:(1)采用改进Stober液相法,以TEOS为原料,与蔗糖、硼酸锂复合通过高温热解成功制备了SiOx@C@Li3BO3复合材料。结果表明,所制备的SiOx@C@Li3BO3结构均匀,该结构由碳基体和具有Li3BO3包覆层的SiOx颗粒组成。碳材料有效改善了复合材料的循环稳定性,提高了材料的倍率性能,Li3BO3的引入有效提高了材料的界面稳定性。优化条件下复合材料的首次可逆容量为629.1 m Ah g-1,100次循环后容量保持率为78.1%。(2)采用CNTs作为柔性导电网络,并引入金属Sn进行复合成功制备了具有三维网络结构的SiOx/CNTs/Sn复合材料。CNTs为SiOx构建了具有良好力学性能的柔性导电网络,有效缓解了SiOx材料的体积效应问题,提高了材料的循环稳定性。CNTs和金属Sn的协同作用有效提高了复合材料导电性,有效提升了材料的倍率性能。优化条件复合材料初始可逆容量为658.2 m Ah g-1,100次循环后容量保持率高达93.7%。(3)采用液相法制备Ni-MOF前驱体材料,将前文改进Stober液相法制备的SiOx负载在Ni-MOF材料上,成功制备了SiOx@Ni-MOF复合材料。结果表明,SiOx颗粒均匀分布在Ni-MOF材料的衍生骨架上。Ni-MOF材料中Ni/Ni O以及衍生骨架能够有效提高材料的电子电导率并且提供稳定的结构抑制材料的体积变化。优化条件下复合材料的首次可逆容量为1065.5 m Ah g-1,循环200次后容量保持率为60.4%。材料表现出良好的循环稳定性和优异倍率性能。经过碳包覆处理后复合材料的电化学性能得到进一步提升,在1 A g-1的电流密度下循环450次容量保持率仍高达78.3%。
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