锂离子电池硅/炭复合负极材料的制备及性能
在所有的锂离子电池负极材料中，硅具有最高的理论比容量，然而硅嵌锂时的体积膨胀使电极结构受到破坏最终导致容量迅速衰减。研究硅负极材料的关键是如何抑制硅嵌锂时的体积膨胀，保证电极结构稳定。本文探讨了影响硅电极性能的因素，并制备了多种硅/炭复合材料，以缓解硅的体积效应，提高电极循环性能。
按不同的硅、PVDF和乙炔黑质量比制备了多种硅电极。循环伏安测试结果表明不同电极上发生的硅嵌锂和脱锂反应相同。恒流充放电测试结果表明硅含量越高，电极循环性能越差。PVDF和乙炔黑对电极循环性能具有同等重要的作用。退火处理可显著改善硅电极的嵌锂性能，经过退火处理的硅电极电阻减小，初始容量增大，循环稳定性显著提高。退火后硅电极上材料的紧密堆积、材料之间粘结强度的增大使电极自身强度增大，是其循环稳定性提高的主要原因。
以纳米硅、蔗糖为原料，通过水热反应并炭化的方法制备了硅/蔗糖炭复合材料(Si/SC)，测试了其嵌锂性能。Si/SC复合材料循环性能明显优于纯硅，且复合材料中硅含量越低，循环稳定性越好。Si/SC-GNS材料循环性能与Si/SC相比有所提高，但容量保持率难以随石墨烯增多而一直提高。退火处理使Si/SC电极嵌锂性能显著提升。
以纳米硅、酚醛树脂为原料，通过高温裂解法制备了纳米硅/树脂炭复合材料（nano-Si/RC），其循环性能明显优于纯硅材料。石墨烯或碳纳米管的掺入可提高nano-Si/RC材料的导电性能，但对其循环稳定性无明显影响。
以微米硅、酚醛树脂和天然石墨为原料，通过球磨法制备了微米硅/树脂炭复合材料（micro-Si/RC）。充放电测试结果表明石墨的加入可改善复合材料的循环性能。但经过退火处理的micro-Si/G/RC电极性能得到改善，但仍然不能保持容量稳定，说明退火处理不能从根本上解决硅基负极材料容量衰减的问题。
硅/炭复合负极材料;锂离子电池;电极退火处理;循环性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
宋怀河
2012
中文
TM912.9;TM910.3
91
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）