论文部分内容阅读
硅材料的理论比容量高达4200mAh/g,是一种非常有应用前景的锂离子电池负极材料。但是在嵌/脱锂过程中巨大的体积变化,是限制硅材料使用的主要因素。目前充/放电体积变化率较小(<20%)的低比容量(<450mAh/g)的硅/碳复合材料已经逐渐被商业化应用;高比容量的硅/碳复合材料(>650mAh/g)仍然面临着嵌/脱锂过程中体积变化较大的问题。本论文通过使用高效粘结剂和造孔添加剂来改善高比容量硅碳负极在循环过程中较大的体积变化问题,提高循环过程中电极结构稳定性。使用SEM、XRD、MIP、剥离强度测试、流变仪测试等方法分析电极的孔隙结构、形貌、组成以及浆料的成浆性能,通过充放电测试研究孔隙率、孔径大小及分布对高比容量硅碳负极电化学性能的影响。研究内容主要包括以下几个方面:(1)将综合机械性能优良的PI粘结剂应用到高比容量的硅/碳负极材料电极中:研究了热处理温度对PI粘结剂的影响,经过250℃环化温度处理后,电极的粘结强度从140N/m提升到200N/m,提升率为42.8%;与使用PVDF和CMC/SBR/PAA粘结剂的电极电化学性能进行对比,使用PI粘结剂的电极循环50周后容量保持率分别提升了 60.3%和 5.7%。(2)通过改变压实密度的极片后处理方法和使用造孔剂碳酸铵的孔隙设计方法共同构筑电极的孔隙结构:当极片压实密度为1.2g/cm3时,电极的孔隙率为46.2%,电极结构循环过程结构保持相对完整,50周循环后的容量保持率为65.9%;进一步通过添加10%含量,粒径分布在l0μm的碳酸铵造孔剂的方法构筑的电极,电极涂层中10～30μm间的孔隙得到了增加,SEM显示,电极循环10周后仍保持一定的孔结构,该电极经50周循环后容量保持率为83.6%,其电化学性能得到了明显的提高。(3)将未使用和使用碳酸铵造孔剂的电极与富锂锰基固溶体正极组装成卷绕式软包装结构的全电池。结果表明:通过使用造孔剂构筑的高容量硅基负极,在全电池中不影响电池的首周效率,但能提升电池的循环稳定性,循环105周后,未添加碳酸铵的全电池容量保持率为74.49%,而使用碳酸铵的全电池提升了 80.75%。