以SiO和蔗糖為原料,SiO經(jīng)高溫歧化反應處理后,通過機械球磨、噴霧干燥、高溫熱解工藝制備出具有優(yōu)異電化學性能的鋰離子電池SiO/C負極材料。經(jīng)XRD、FTIR、XPS、SEM、TEM結(jié)構(gòu)分析表明,歧化反應處理的片狀SiO包含非晶態(tài)SiO和納米晶相Si、SiO₂,蔗糖熱解形成的無定形碳包覆在細片狀SiO的表面,組成球形SiO/C顆粒。電化學測試結(jié)果表明,預歧化處理的SiO/C復合材料的首次放電容量為1 314.6mAh/g,首次庫倫效率達到71%;100周循環(huán)后的放電容量為851.2mAh/g,容量保持率達到78.5%,循環(huán)穩(wěn)定性遠高于未經(jīng)歧化處理的SiO/C復合材料。電化學性能的提高歸因于SiO預歧化反應及熱解碳包覆。 

【文章來源】：材料導報. 2017,31(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖１ＳｉＯ／Ｃ復合負極材料的制備工藝流程圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｎｔｈｅｔｉｃ

圖５ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００復合材料的ＳＥＭ照片（ａ－ｃ）及元素面掃描（ｄ）Ｆｉｇ．５ＳＥＭｉｍａｇｅｓ（ａ－ｃ）ａｎｄｅｌｅｍｅｎｔａｌｍａｐｐｉｎｇｒｅｓｕｌｔ（ｄ）ｏｆｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ圖６ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００復合材料的ＴＥＭ圖Ｆｉｇ．６ＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００ｃｏｍｐｏｓｉｔｅＳｉＯ／Ｃ－７００的首次放電容量為１３２１．６ｍＡｈ／ｇ，首次庫倫效率僅為５４．４％。較低的首次庫倫效率主要是由于ＳｉＯ與Ｌｉ＋反應生成電化學惰性的Ｌｉ２Ｏ和Ｌｉ４ＳｉＯ４，以及首次嵌鋰形成表面ＳＥＩ膜導致較高的不可逆容量所致［１５－１６］。ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次放電容量為１６２６．１ｍＡｈ／ｇ，而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次放電容量為１３１４．６ｍＡｈ／ｇ。結(jié)合表１的ＸＰＳ數(shù)據(jù)，ＳｉＯ／Ｃ－９００的Ｏ／Ｓｉ的比值最低，特別是惰性的Ｓｉ４＋（ＳｉＯ２）的含量最低，說明能與鋰發(fā)生合金化反應的Ｓｉ含量最高，因此ＳｉＯ／Ｃ－９００具有最高的首次放電容量。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００中非活性的ＳｉＯ２比例最高，因此首次放電容量低于ＳｉＯ／Ｃ－９００。從圖７（ｂ）可以看出，ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００在１００次循環(huán)后的圖７ＳｉＯ／Ｃ－７００、ＳｉＯ／Ｃ－９００和ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次充放電曲線（ａ），第１００周充放電曲線（ｂ），循環(huán)性能（ｃ）和庫倫效率（ｄ）Ｆｉｇ．

放電容量大幅衰減，而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００仍保持很高的容量，這要歸因于均勻分散的ＳｉＯ２對Ｓｉ在反復循環(huán)過程中體積變化的有效緩沖。在復合材料中ＳｉＯ２雖然沒有嵌鋰活性，但作為Ｓｉ及ＳｉＯ在循環(huán)過程中體積膨脹的緩沖基質(zhì)，可有效提高其循環(huán)性能；Ｓｉ單質(zhì)可提供高的比容量，從而使復合材料比容量升高。圖７（ｃ）為ＳｉＯ／Ｃ－７００、ＳｉＯ／Ｃ－９００和ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的循環(huán)性能曲線。ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００的放電容量均呈現(xiàn)快速衰減趨勢，第１００周循環(huán)后的放電容量分別為２４０．４ｍＡｈ／ｇ和２４７．４ｍＡｈ／ｇ，相對第二次循環(huán)的容量保持率分別為２９．１％和２２．２％。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的循環(huán)性能相對穩(wěn)定，循環(huán)１００周后的放電容量高達８５１．２ｍＡｈ／ｇ，相對第二次循環(huán)的容量保持率達到了７８．５％，遠高于未經(jīng)高溫歧化反應處理的ＳｉＯ／Ｃ復合材料。由此說明ＳｉＯ歧化反應生成的惰性ＳｉＯ２可以有效緩沖Ｓｉ晶體在反復脫嵌鋰過程中的體積變化。對于未歧化處理的ＳｉＯ／Ｃ復合材料，無定形碳包覆除了增強材料導電性能外，顯然不能有效抑制Ｓｉ在反復脫嵌鋰過程中的粉化與崩塌。從圖７（ｄ）可以看出，ＳｉＯ／Ｃ－７００和ＳｉＯ／Ｃ－９００首次庫倫效率分別為５４．４％和６０．６％，循環(huán)穩(wěn)定后的庫倫效率分別為９８．１％和９８．５％，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，庫倫效率緩慢降低。而ｄ－ＳｉＯ／Ｃ－９００的首次庫倫效率提高到了７１％，第６次循環(huán)后的庫倫效率可達到

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池SiO/C負極材料制備與嵌鋰性能研究[J]. 王潔,侯賢華,李敏,張苗,胡社軍.  電池工業(yè). 2013(Z2)



本文編號：3061454