论文部分内容阅读
硅材料具有很高的储锂容量,可以作为负极材料应用于高容量、高能量密度锂离子电池的开发,以满足日益增长的大容量、高功率用电终端的需求。但是,硅材料受到自身低电导率、高体积效应的影响,循环稳定性差,限制了它的产业化应用。寻求开发高比容量性能和良好循环性能兼具的硅基负极材料,是当前锂离子电池研发的热点方向之一。本论文采用溶剂热方法,以商用硅纳米颗粒为原料,以酚醛树脂为碳源,利用静电相互作用将硅纳米颗粒和高聚酚醛球相互结合,随后经过高温处理,制备了一种硅纳米颗粒均匀负载在碳微米球表面的新型硅碳复合材料(C@Si)。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG)等仪器表征C@Si材料的形貌与组成;通过恒流充放电测试、循环伏安测试、交流阻抗测试等方法分析C@Si材料的电化学性能。主要工作如下:(1)设计实验研究并选取溶剂热反应的条件。当设定溶剂热反应温度为160?C,盐酸添加量为75μL,体系醇-水比为10:20,溶剂热反应时间为5 h时,所制备得到的C@Si材料在0.2 A/g电流密度下的首周放电容量为1315 mAh/g,首周库伦效率为77.7%,在1 A/g电流密度下循环500周后容量保持在456 mAh/g,相比于硅和酚醛球的简单混合材料Si/C具有更好的循环稳定性和倍率性能。(2)改变氨基化硅与可溶性酚醛树脂的投料比,调控C@Si材料的比容量;改变C@Si材料中硅纳米颗粒和高聚酚醛球的结合强度,调控C@Si材料的循环性能。SEM分析和充放电测试表明由于碳球单位表面能牢固附着的硅纳米颗粒数量一定,因此C@Si材料的比容量越高,循环稳定性越差。当上述投料比为0.1 g:10 mL时得到的C@Si材料电化学性能比较好。(3)制备不同质量负载量的C@Si负极极片并表征容量性能。结果表明,在高质量负载条件下,C@Si材料能兼具高容量与良好的循环稳定性,在质量负载量为2.19 mg/cm2时,C@Si负极极片在0.5 A/g电流密度下循环120周后可以保持1.464 mAh/cm2的面容量。(4)制备多孔晶体锗并测试其储钠性能,对选题进行拓展。在空气中煅烧Mg2Ge制备多孔晶体Ge,电化学测试表明在0.2 A/g电流密度下Ge的可逆储钠容量为90 mAh/g,高于块状硅和锗。