硅碳复合材料在锂离子电池负极中的应用研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:vvpmlc
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硅材料具有很高的理论比容量(4200mAh/g),但反应过程中大的体积变化而导致的循环性能很差。这种不利因素限制了硅作为负极材料在锂离子电池中的应用,硅碳复合作为一种有效的改善途径被广泛研究。本文选择了两种不同的硅源:纳米硅和块体硅作为基体,制备了硅碳复合物,并和单纯的硅材料进行了对比。利用XRD,SEM,TEM,BET等手段对材料进行了结构和表面形貌的表征。通过充放电、循环伏安和交流阻抗的测试考察了材料的电化学性能。利用简单球磨法将块体硅材料进行粉碎细化,在球磨后硅材料中,选取电化学性能较好的,与Vulcan Xc-72和乙炔黑混合,利用二步球磨法制备了两种硅碳复合材料,研究了它们的电化学性能。研究表明通过简单球麽法制备的Si/C复合物材料的电化学性能大大优于单纯Si材料,且Si-Vulcan Xc-72复合材料表现出了较好的电化学性能。Si-Vulcan Xc-72复合材料和Si-乙炔黑复合材料的首次放电比容量分别为2115.7mAh/g和1779.8mAh/g,并且循环稳定性较之单纯硅都得到了很大的改善。以纳米硅和酚醛树脂为基体,采用高温裂解法,选择700℃为裂解条件,制备了核壳结构硅/酚醛树脂裂解碳复合材料。研究表明硅/酚醛树脂质量比为40:60的材料具有最优的电化学性能,首次放电比容量为1745.5mAh/g,循环50次后容量保持在337.2mAh/g;以此材料为基础物,向里添加石墨化碳纤维VGCF,研究发现材料的电化学性能得到提升,其中硅/碳-30%VGCF的复合材料表现出更优的性能,首次放电比容量为1767.8mAh/g,循环50次以后的放电比容量仍保持在634.2mAh/g,表现出较好的循环稳定性和电化学动力学的优越性。
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