編號：CYYJ03906
篇名：中空三維結(jié)構(gòu)的硅碳負(fù)極的構(gòu)筑及性能研究
作者：郝胐 王俊明 董春偉 尉琳琳 董陽 梁文斌 蘇志江
關(guān)鍵詞： 納米硅 薄層石墨 硅碳復(fù)合材料 中空結(jié)構(gòu)
機(jī)構(gòu)： 北京低碳清潔能源研究院
摘要： 硅碳材料作為高能量密度的鋰電負(fù)極材料備受矚目,但由于硅在充放電過程中巨大的體積膨脹效應(yīng),導(dǎo)致了其循環(huán)性能差,限制了其商業(yè)化應(yīng)用。本工作利用薄層石墨柔性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),與納米硅進(jìn)行復(fù)合制備了中空結(jié)構(gòu)的硅碳復(fù)合物,并通過對薄層石墨和納米硅分別用含有羧基的羧甲基纖維素(CMC)和含有氨基的正硅酸乙酯(TEOS)進(jìn)行表面修飾。相比于傳統(tǒng)的機(jī)械混合工藝制備的硅碳負(fù)極材料存在納米硅與碳材料復(fù)合不均一的問題,本工作修飾后的納米硅與薄層石墨之間通過靜電自組裝作用,可形成更為均一的納米硅與薄層石墨的復(fù)合物(S/MG)。通過造粒技術(shù),構(gòu)筑了由納米硅/薄層石墨片層組成的中空結(jié)構(gòu)的硅碳復(fù)合物顆粒,而顆粒外部由碳層進(jìn)行包覆。通過SEM切片、EDS以及高分辨TEM等表征手段,可以看到顆粒內(nèi)部由納米硅與薄層石墨層結(jié)構(gòu)構(gòu)筑了微米尺寸的中空結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)內(nèi)部不但形成了導(dǎo)電的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而且為納米硅的體積膨脹提供了充足的緩沖空間,從而大幅提升了硅碳負(fù)極材料循環(huán)穩(wěn)定性。相比于傳統(tǒng)石墨取代薄層石墨與納米硅制備的硅碳復(fù)合物,薄層石墨制備的硅碳負(fù)極的比容量達(dá)到958 mAh/g,扣電在0.5 C下循環(huán)500次后容量保持率可維持在88%左右。本文作者也從實(shí)用角度評價(jià)了S/MG全電循環(huán)性能,與三元NCM811正極材料組裝成的軟包全電池,在1 C倍率充放電下,循環(huán)1000周后電池容量保持率可達(dá)86%,可為高能量密度鋰電技術(shù)的研究提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
