论文部分内容阅读
近年来,在国家的大力扶持下,新能源汽车领域得到较快发展,同时也对锂离子电池的性能提出新的要求,能量密度成为左右电动汽车发展的关键因素之一,锂离子电池能量密度主要取决于锂离子电池的正负极材料,正极材料的实际比容量在160mAh/g左右,为了提高锂离子电池的能量密度,我们可以着眼于负极材料容量的提升。硅基材料具有很高的理论比容量(4200mAh/g)、合适的嵌锂电位,以及环保、便宜等优势,被认为是有望取代石墨成为下一代锂离子电池的关键材料;但是硅基负极材料会在嵌锂过程中发生很大的体积膨胀(~320%)从而使基体破碎、粉化,使电极性能恶化,同时硅还是一种半导体,电子电导率较低,其倍率性能较低,这些不利因素阻碍着硅基负极材料的发展。为解决这些问题,研究人员们通过电极材料改性、电解液改性等方法提高硅基负极材料的电性能,研究方向主要极中在:材料纳米化、硅/碳复合、硅/合金复合、硅氧化物等方向。为了改善硅负极材料的电性能,本文采用球磨-热解法和喷雾干燥法制备硅碳复合材料,并研究了制备工艺对材料结构和性能的影响,通过X射线衍射、扫描电镜、充放电循环测试、循环伏安测试等多种分析测试手段,来对硅碳复合材料进行表征和改性。我们通过球磨-热解法制备出硅碳复合材料,并确定出最优制备工艺为:纳米硅、石墨、沥青以1:5:3的质量比,在氮气氛下球磨3h,950℃氮气分下高温热解,保温3h,得到所需硅碳复合材料。这种硅碳负极材料在200mA/g的电流密度下循环100次其容量稳定在577mAh/g,容量保持率为82.55%,首次充放电效率为83.81%。具有最优性能。我们采用喷雾干燥法制备出类球状硅碳负极材料,通过实验验证混料方式对材料性能的影响,并得出相对最佳的混料方式,通过对比不同热解碳源含量对材料性能的影响,得出当纳米硅、石墨、PVP比例为1:5:3时,负极材料首次充放电效率为82.04%,在200mAh/g的电流密度下,其容量保持为70.38%具备最佳性能,且这种材料表现出相对优秀的倍率性能,在50mA/g、200mA/g、500mA/g、和1000 mA/g的电流密度下,材料比容量依次为997mAh/g、816mAh/g、618mAh/g和414mAh/g,倍率性能有较大提升。