隨著電子終端產(chǎn)品的推廣和新能源汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展,市場對鋰離子電池的能量密度和循環(huán)性能都提出了更高的要求,但是傳統(tǒng)的商業(yè)化石墨負極材料的理論比容量較低,因此硅負極由于具有高容量優(yōu)勢在儲能行業(yè)中被寄予厚望。在作為鋰離子電池負極材料時能夠大幅度提高鋰離子電池的體積能量密度,但是硅作為一種半導體材料其導電能力較差,同時在充放電過程中巨大的體積膨脹使電極粉化破碎被破壞并造成電極失效,因此導致硅材料很難應用到實際生產(chǎn)中。為改善鋰離子電池硅基負極材料存在的短板,制備出高比容量、循環(huán)壽命長、價格合理的鋰離子電池負極材料,本文以納米硅和人造石墨為原料,并用瀝青對納米硅和人造石墨材料進行二次包覆制備出克容量高、循環(huán)性能優(yōu)異的硅碳-石墨復合材料。（1）對商業(yè)化的石墨材料和納米硅碳材料進行篩選和評估,經(jīng)電化學測試發(fā)現(xiàn)納米硅首次放電比容量達到3605mAh/g,但充電比容量僅有619mAh/g,商業(yè)化石墨的充電比容量為354.9mAh/g。在此基礎上,將納米硅、石墨復合后在同樣的條件進行電性能測試,發(fā)現(xiàn)將3%的納米硅與人造石墨混合后復合體系的充電比容量為431.6mAh/g,是石墨的1.2倍左右。根據(jù)納米硅和... 

【文章來源】：南昌大學江西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１鋰離子電池充放電工作原理??

提高了?１０ｍＡｈ／ｇ。??－＞?８３?＇??？?〇）?＾＾＞０〇〇〇〇ＯＯＣ〇ｆＸ＞ＣＸＪ｛：ＸＸ＞ＯＯＯＯＤＯＯＯＯＯＯ?〇〇〇〇＜＞??．?，．Ｑ〇ｒ－?３０?Ｖ??Ｅ?Ｓ３??々?？??ｏ?！?ｏ??邕幻；？??ＣＯ??Ｏ??．ｙ??１２３??這?？?Ｃ?１４０?ｒｒ?ＡｌＶｇ??—?〇?Ｃ?２ＱＤ?？ｒ／ｄｉ，＜Ｑ??！?０１ｏ??０?１０００?２：００?３０００?４Ｘ０??Ａｎｏｄｅ?Ｓｐｅｃｉｅ?Ｃａｐａｃｉｔｙ?／?ｒｎ?Ａｈ?ｇ??圖１．２全電池整體比容量與負極比容量的關系（１８６５０型）［１５］??目前，已被開發(fā)出來的的鋰離子電池負極材料主要有以石墨材料為代表的??碳材料、硅基材料、過渡金屬氧化物、錫基材料等。目前儲鋰容量最高的鋰離??子電池負極材料是硅基材料，也被認為是最有前途的下一代鋰離子電池負極材??料，受到各國研究人員的廣泛關注。??（一）石墨及石墨化負極??目前商業(yè)化鋰離子電池材料以石墨為代表的碳基負極材料為主，充放電過??程中鋰離子嚴格按照從負極層間脫出和嵌入的原則。碳基材料的鋰離子脫嵌電??位較低，且不存在金屬鋰負極在充放電過程中的鋰枝晶問題因此安全性更高。??主流碳基負極包括三種［１６］：石墨、硬碳和軟碳材料。石墨具有有序的層狀結構，??在鋰離子脫嵌過程中結構穩(wěn)定不易破壞，循環(huán)性能好并且可以形成穩(wěn)定的ＳＥＩ??膜，因此成為應用最多的負極材料。軟碳和硬碳的物理性質(zhì)直接影響了其電化??學性能，硬碳因為可逆容量較低限制了其大規(guī)模商業(yè)化應用［１６］。碳基負極的缺??點同樣明顯：一是鋰離子在其中的脫嵌電位較低；而是石墨類負極材料對電解??液有一定的挑剔性，某

??Ｉ??０，丨．??□??＞?°?？?Ｉ?４５０?＇??＊２?０－５?）?ｌｉｔｌｉｉａｉｉｏｎ?ａｎ＾Ｍａｂｉａｔｉｏｎ??１?０．４?＾?ｃ?，．??｜?〇Ｊ?ｉ崎＊ｕｕｓ？？?、、＇??＾？２?＼?１，７１?ｊ?Ｕ１４ＳＩ１？Ｌｉｎ?Ｓｉ＊?＼?????－￣２＇５３—＿＿＿＿?ｕｔ：ｓｉ４．Ｌ＆ｋｎ??ｊＲｏｃｍ?ｔｆｔｍ｜＾ｒｍｕｒ￡．?Ｉｔｅｉｉｉｆｔｏｆｉ?｜??０?１?２?３?３＾５?Ａ??ｘ?Ｓｎ?Ｌｉ?ｘＳｉ?４?４??圖１．３硅的電化學鋰合金化／去合金化過程曲線［２ｔ＞］??１．３．２硅材料在應用中的缺陷??硅基負極材料的優(yōu)點和缺點同樣突出：優(yōu)點是其理論容量非常高，十分吸??引人；缺點是在充放電過程中產(chǎn)生高達３００％的體積膨脹。硅材料的巨大體積膨??脹所帶來的最明顯的問題就是會在電極內(nèi)部產(chǎn)生巨大的機械應力從而使硅顆粒??開裂和粉碎，硅負極的大規(guī)模使用也因此被嚴重的限制了。在鋰離子電池的充??電過程中，硅與鋰發(fā)生化學合金化反應生成不同含鋰量的鋰硅合金相。根據(jù)節(jié)??提到的合金化反應機理可以對硅的體積膨脹作出很好的解釋：在鋰化反應發(fā)生??的過程中，晶體硅一步步完成了向鋰硅合金的轉變。在合金化轉變過程中發(fā)生??了?Ｌｉ－Ｓｉ鍵取代Ｓｉ－Ｓｉ共價鍵的反應，最終的結果就是生成了?Ｌｉｌ５Ｓｉ４合金相。由??于Ｓｉ－Ｓｉ鍵的鍵長遠小于Ｌｉ－Ｓｉ共價鍵因此產(chǎn)生了巨大的體積膨脹［２１］。如下圖１．４??所示，硅的體積膨脹問題導致了硅負極材料破碎粉化、硅電極脫離集流體和固??液界面膜的不斷破裂重組三個方面的問題。具體情況如下：??（１）硅顆粒粉化后失去儲鋰活性??硅負極難

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋰離子電池納米硅碳負極材料研發(fā)進展[J]. 陸浩,李金熠,劉柏男,褚賡,徐泉,李閣,羅飛,鄭杰允,殷雅俠,郭玉國,李泓.  儲能科學與技術. 2017(05)
[2]鋰離子電池高容量硅碳負極材料研究進展[J]. 劉柏男,徐泉,褚賡,陸浩,殷雅俠,羅飛,鄭杰允,郭玉國,李泓.  儲能科學與技術. 2016(04)
[3]鋰離子電池基礎科學問題（Ⅷ）——負極材料[J]. 羅飛,褚賡,黃杰,孫洋,李泓.  儲能科學與技術. 2014(02)



本文編號：3423725