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硅作为锂电池负极材料,放电比容量为4200m Ah·g-1,研究价值高。但会发生较大体积变化,导致电极开裂现象,影响活性物质之间的电化学接触性。造成电池的电化学性能降低,比如循环性能的降低。研究表明负极硅颗粒尺寸和采用的粘结剂都会对电极的电化学性质产生较大影响。本文为了获得较高的循环性能,采用微米硅粉和纳米硅粉混合,水性粘结剂等手段,使用TEM、XRD、XPS、SEM等对材料的物相组成、微观形态以及元素含量等进行表征;采用Land测试系统、SEI测试法、CV法等对电极的电化学性能进行分析,研究了硅颗粒尺寸和粘结剂包覆作用对硅电极的电化学性能影响。研究内容如下:(1)微米硅粉和纳米硅粉混合作为电极材料可以改善电极开裂。微米硅粉电极和纳米硅粉电极循环后电极结构变化很大。微米硅粉电极的首次放电比容量高,但是循环性能很差。循环前电极阻抗较大,循环过程中电极阻抗变大较快,锂离子在电极中的可逆嵌入和脱嵌性较差;纳米硅粉电极首次放电比容量和循环性能都比较差,阻抗最大,锂离子在电极中的可逆嵌入和脱嵌性较差。本文按照不同比例混合微米硅与纳米硅,当二者比例为8:2的时候,电极结构最稳定,循环可逆性好。电池的首次放电比容量较高,达到了3423.2m Ah·g-1,首效率达到了78%,循环50周后放电比容量保持在1105.1m Ah·g-1。(2)水溶性粘结剂海藻酸钠与有机粘结剂PVDF的比较研究,包覆在硅粉表面的粘结剂的面积会影响电极的离子电导率和电子电导率,从而影响电极的电化学性质。粘结剂对硅粉的包覆面积越少,就会有越多的硅粉直接暴露在电解液中,为离子传输提供了更多的通道。当海藻酸钠的量为10%的时候,首次放电比容量以及首效都较高,分别为3424.2m Ah·g-1和77.8%。充放电50周之后,电池的放电比容量保持在1010.9m Ah·g-1的较高水平。当海藻酸钠的量减小到5%的时候,已经无法保证有足够的机械粘结力来维持硅电极结构。粘结力可以维持硅电极结构时,粘结剂的使用量越少越好。综上所述,采用微米硅粉和纳米硅粉混合,水性粘结剂海藻酸钠等手段,有效改善了锂离子电池硅负极循环性能,提高了硅负极的电化学性能。