隨著社會的發(fā)展,較低比容量的商業(yè)石墨負極已無法滿足日益增長的能源需求。我們嘗試制備了高容量的硅基復合電極材料,希望能緩解硅的體積膨脹,又避免硅的不良導電性帶來的容量衰減問題;使用熔鹽鋅熱法制備了三維多孔碳材料,用于高倍率的鉀離子電池負極。主要內(nèi)容有:（1）為了改善硅的導電性,將硅與金屬鍺進行了復合。鍺的導電性遠大于硅,而且可以與金屬鋰形合金儲鋰。電極物質(zhì)荷載量1mgcm-2左右時,純硅和SG-4初始放電和充電容量分別為3216.2/2532.7和2780.4/1964.6 mAh g-1,庫倫效率分別為78.7%和70.6%。與純硅相比,硅/鍺復合物表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能。電流密度為0.6 Ag-1時,經(jīng)150圈充放電循環(huán)后純硅容量由3114 mAh g-1降至637 mAh g-1,SG-4 由 2040.3 mA h g-1 降至 1761.0 mAh g-1,容量保持率較好。電流密度分別為0.2,0.6,1.2,2.4,5 and 10Ag-1時對應SG-4比容量分別為2207.2,1899.2,1535.9,1103.6,800.6 和 542 mAh g-1。當電流密度為 2 ... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

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圖１．２?２２００°Ｃ處理后的焦炭（ＩＣＯＫＥ２２００）及天然石墨（ｎａｔｕｒａｌ?ｇｒａｐｈｉｔｅ）不同電流密度下??的充放電容量比較＾??°

??由圖１．３可知，一些錫基和銻基負極材料具有低于１００?ｍＡｈ?ｇ－１的不可逆容量和??高達８５％－９５％的庫倫效率（圖中橢圓線圈出的部分）。通過電解沉積制得的結(jié)??晶態(tài)的ＳｎＣｏＰ具有９３％的庫倫效率和低至約ＧＯｍＡｈｇ－１的不可逆容量［１Ｑ７］。通過??電解沉積制備的薄膜錫電極（厚度約幾微米）具有９４％的庫倫效率和低至約??＾ｍＡｈｇ－１的不可逆容量這兩種通過電解沉積制得的合金電極具有如此低的??不可逆容量可能與其高的純度及良好的導電性有關。將Ｓｂ或Ｓｂ／ＴｉＣ與炭黑混合??后氬氣氣氛下采用高能球磨法制得的Ｓｂ／ＣＰｌ和Ｓｂ／ＴｉＣ／Ｏｍｌ樣品，庫倫效率約??８７％。如果單獨球磨炭黑，所得負極材料不可逆容量將高達ＳＯＯｍＡｈｇ－１，庫倫效??率低至約５４％［１１２］。這些球磨的碳復合材料所以具有低的不可逆容量，可能是源??于銻顆粒的納米化，并且能夠均勻地嵌入到碳的基質(zhì)中ｔ１１２，９５］。氬氣氣氛下球磨??法制得的ＦｅＳｎ２／Ｃ〖１１３］和ＩｎＳｂ［１１４］負極材料，庫倫效率可達８７－９０％。這些結(jié)果表明??合金電極的不可逆容量經(jīng)進一步優(yōu)化后有可能達到甚至超過最好的碳負極材料。??換句話說，高的不可逆容量可能并不是這些合金電極的本質(zhì)屬性，進一步的制備??或工藝優(yōu)化有可能能夠完全消除掉這種不可逆容量。??圖１．４為幾種銻基負極材料的循環(huán)性能，效果較好。Ｃ．Ｍ．?Ｐａｒｋ等人通過球??磨的方法制備了納米結(jié)構(gòu)的含碳基質(zhì)的Ｓｂ／Ｃ／Ｇ％】

ｎｎｍ基質(zhì)上⑴２］，碳含量約為４０％?（重量比）。該負極材料經(jīng)３００圈充放電循環(huán)后，??容量保持在約５６０ｍＡｈｇ＇良好的循環(huán)性能源于其納米化的尺寸以及無定型碳基??質(zhì)的緩沖效應。長時間循環(huán)后仍未見該納米復合材料有開裂現(xiàn)象，經(jīng)過十次循環(huán)??后ＳｎＳｂ晶粒的尺寸己降至２－３?ｎｍ。該材料還有較好的首次庫倫效率（約８１％）??和良好的高倍率充放電容量［１１２］。??和鋰硅合金電極一樣，其他合金材料電極也存在著充放電過程中大幅的體積??膨脹收縮問題。圖１．６為計算的硅和錫負極材料充電膨脹曲線［１１９］。由圖中曲線可??知，錫的膨脹性與硅極為類似，錫同樣存在高達２００％－３００％的體積膨脹問題。??Ｌ．Ｙ．?Ｂｅａｕｌｉｅｕ等人對合金電極的倍率性能做了研究，具體見圖１０４’?１１５’??１１９１。ＳｎＳｂ／Ｃｔ％和Ｓｂ／ＣＷ納米復合物在２Ｃ倍率充放電條件下表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的??容量。Ｓｂ／ＡｋＣｂ／Ｃ在５Ｃ倍率充放電條件下仍保持良好的容量［｜１５］。Ｓｂ／Ａｈ〇３／Ｃ和??Ｓｂ／Ｃ納米復合物良好的倍率充放電性能應歸因于納米銻顆粒內(nèi)部短的鋰擴散距??離及高的擴散速度以及碳基質(zhì)良好的導電性【１１５］。但是微米尺寸的ＮｉＳｂ２比容量??隨著放電倍率Ｃ的增加而下降ＤＭ。尚不清楚這種差的倍率放電性能是否源于其??較大的顆粒尺寸。硅薄膜電極及硅納米線電極也發(fā)現(xiàn)有隨著放電倍率Ｃ增加容??量下降現(xiàn)象１１０４］。??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]GH2107高溫合金力學性能的研究[J]. 楊成,王海強,肖旋.  沈陽理工大學學報. 2016(01)
[2]鋰離子二次電池用涂炭石墨陽極(英文)[J]. 太田直人.  新型炭材料. 2002(02)



本文編號：2986090