锂离子电池用硅炭复合负极材料的电化学性能研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要锂离子电池是一种高容量的二次电池,它具有比容量高、循环寿命长以及安全可靠等优点。随着全球对于能源、环保方面的日益关注,以及移动通讯,便携式计算机等各种便携式产品的迅猛发展,人们对高性能的化学电源的需求日益迫切,锂离子电池于是成为各国研究者的研究热点。在对锂离子电池负极材料的研究中,硅材料由于具有很高的嵌锂容量而受到极大关注。但硅材料在充放电过程过程中会发生巨大的体积变化,容易造成电极材料结构的粉化从而导致循环性能下降。为了利用硅材料的高容量同时防止它的粉化,人们尝试了许多方法,硅炭复合是研究较多的一种。本研究分别采用淀粉和酚醛树脂作为炭源,纳米硅作为硅源,通过高温热解和球磨两步法制备硅炭复合材料。研究中对复合材料的制备工艺条件及其电化学性能进行了相关的研究。以酚醛树脂为炭源制备硅炭复合材料,研究了酚醛树脂包覆量、炭化温度和球墨时间对复合材料电化学性能的影响。研究表明,当炭化温度为850。C,球磨时间2h以及酚醛树脂:硅=3:l(质量比)的条件下复合材料的电化学性能最好。其首次充放电容量为794mAh/g和538mAh/g,效率为68%。20次循环后,其可逆容量衰减为282mAh/g。在此基础上,采用马铃薯淀粉为炭源,考察了制各过程中的各种条件(炭化温度、硅炭比例、调浆比和球磨时间)得到以淀粉为炭源时制备的复合材料最佳条件为:硅炭比1:4,850℃炭化,球磨10小时,以及调浆比例活性材料: 导电石墨:CMC:SBIP85:5:5:5。该条件下制得的硅炭复合材料首次充放电容量为 971mAh/g、604mAh/g,20个循环后容量保持466mAh/g。通过研究我们也发现,适量增加石墨的量,延长球磨的时间对复合材料性能的提高有明显作用。石墨能改善半导体硅的导电性,它的弹性也能起到缓解体积效应的作用,而球磨能使硅、无定型炭与石墨的接触更紧密,甚至有部分硅嵌入石墨的层间,有助于保持材料的稳定。关键词:锂离子电池,硅炭复合材料, 比容量,循环性能重庆大学硕士学位论文英文摘要 ABSTRACT Lithium—ion battery is akind ofsecondary batterieswhich hashigh specifc capacity,long cycle thegrowing concerns ofglobal energy, environmental protection,it isurgent forthehi曲-capacity chemical power wellastherapiddevelopment ofmobile puters,Lithium—ion battery hasattractedmuch attention e high lithium insertion capacity isconsidered as apromising siliconhasvolume change during thecharge anddischarge,it may prepare Si/posite materials is away that can improve theelectrochemical performance. Inthisstudy,phenolic resinand starchareusedas carbonsource,nano-silicon as the raw materials materials areprepared by pyrolysis and preparations and theelectrochemical properties posite materials havealsobeenstudied. The omposite materials isobtained谢Ⅱlphenolic resin as carbon source. Carbonized temperature,proportion ofphenolic resin and ballmilling timehave been bestphenolic omposite material we get iswhich carbonized at 850℃.phenolic resin:Si=3:1(by mass)and 2ho