【摘 要】
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随着全球经济不断发展,能源危机逐步加深、环保意识不断增强,作为新能源及环保低碳的动力电池产业得到迅猛发展,而锂离子电池凭借其优异的性能、成熟的技术成为众多动力电池的主流发展方向。负极作为锂离子电池关键构成成分之一,直接决定了锂离子电池的性能。硅基材料是在研负极材料中理论比容量最高的研究体系。然而,硅的导电性差以及在电池循环过程中的体积膨胀严重限制了其应用。设计硅碳复合材料可以很好地解决上述硅负极存
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随着全球经济不断发展,能源危机逐步加深、环保意识不断增强,作为新能源及环保低碳的动力电池产业得到迅猛发展,而锂离子电池凭借其优异的性能、成熟的技术成为众多动力电池的主流发展方向。负极作为锂离子电池关键构成成分之一,直接决定了锂离子电池的性能。硅基材料是在研负极材料中理论比容量最高的研究体系。然而,硅的导电性差以及在电池循环过程中的体积膨胀严重限制了其应用。设计硅碳复合材料可以很好地解决上述硅负极存在的问题。但是传统硅碳复合结构存在缺点是硅在碳基质中分散性不好,二者界面接触较差,影响其性能发挥。理想硅碳复合材料结构是硅均匀分布在碳结构中,因此我们需要设计一种复合结构,发挥硅和碳协同作用。本文针对硅碳复合结构存在的问题进行了深入研究,设计了两种硅碳复合结构:1、通过镁热还原结合静电纺丝工艺,制备了一种具有3D网络结构的多孔硅碳纳米纤维膜（P-Si@CNFs）。镁热还原得到多孔硅能够保持单分散形貌,静电纺丝后,多孔硅可以实现在碳纤维基质中的均匀分散,保证材料的循环稳定性。还原多孔硅具有高比表面积,可以实现硅与碳的多点位接触,有利于电子/离子转移,提高材料的导电性。静电纺丝构建的导电碳纤维网,能够缓解硅的体积膨胀和提高材料的整体导电性。组装的电池经过300圈长循环后,容量保持在625.6mAh g-1。2、以碳酸钙作为模板,纳米硅为原料,合成了一种3D卵黄结构的多孔硅碳微球（Si@V@C）。3D多孔结构可以有效缓解硅的体积膨胀,提高材料的循环稳定性;纳米硅经过二次组装被碳壳包覆形成微米尺寸颗粒,可减少纳米硅与电解液的接触,形成外层稳定SEI膜,减少不可逆容量的损失。组装的电池在循环100圈之后,充电比容量维持在709.7 mAh g-1。制备过程中采用碳酸钙作为牺牲模板,工艺简单,是一种绿色环保的合成方法。
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