锂离子电池硅碳负极材料的制备与性能研究.pdf

国内图书分类号: 国际图书分类号: 工学硕士学位论文锂离子电池硅碳负极材料的制备 与性能研究 硕士研究生: 程晓燕 导师: 尹鸽平教授 申 请学位: 工学硕士学科、专业: 化学工程与技术所在单位: 应用化学系答辩日期: 2008 年 6 月 27 日授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: .: Dissertation for the Master Degree of Engineering PREPARATION AND PROPERTIES OF SILICON CARBON ANODE FOR LITHIUM ION BATTERY Candidate: Xiaoyan Cheng Supervisor: Prof. Geping Yin Academic Degree Applied for: Master of Engineering Speciality: Chemical Engineering and Technology Affiliation: Department of Applied Chemistry Date of Defence: 27 June, 2008 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- I - 摘要用高温热解法制备了硅/ 石墨/ 沥青热解碳复合材料,通过二次包覆、硼元素掺杂、铜基体刻蚀和碳酸锂溶液浸泡的方法对材料进行改性。采用 XRD 和 SEM 测试分析材料的结构和形貌,通过充放电测试、循环伏安及电化学阻抗谱测试研究材料的电化学性能。在 900 ℃下热解制备了硅/ 石墨/ 沥青碳复合材料,对比研究了组分不同比例时复合材料的性能,其中硅 15mass% 石墨 35mass% 材料性能最佳,首次可逆容量为 , 40 次循环后为 398mAh/g 。二次包覆在一定程度上提高了材料的循环性能,对于硅 20mass% 石墨 20mass% 复合材料 40 次容量保持率,一次包覆的材料为 % ,二次包覆的材料为 % 。此外对比了 PVDF 和 SBR 两种粘结剂对材料循环性能的影响,发现 SBR 做粘结剂时能够在一定程度上提高材料的循环稳定性。考察了硼掺杂对材料的性能影响,发现随着硼的质量分数增多,材料的容量先增加后降低,当硼含量为 % 时,复合材料具有较高的脱锂容量和较好的循环稳定性,其首次嵌脱锂容量分别为 1531mAh/g 和 ,经 25 次循环后容量下降缓慢, 40 次后脱锂容量基本稳定在 460 mAh/g ,容量保持率为 41% ,较不掺杂硼材料的容量高且循环稳定性好。用 的 FeCl 3 溶液对铜基体进行刻蚀处理,对比了不刻蚀和刻蚀 3min ,6min 后电池的性能。发现刻蚀 3min 几乎没有影响,刻蚀 6min 时效果最好,此时硅 25mass% 石墨 25mass% 材料的 40 次容量保持率为 % ,不刻蚀的 40 次容量保持率为 % 。从电化学阻抗谱知,铜箔刻蚀 6min 的电极在 40 次循环后阻抗较小。用饱和碳酸锂溶液和掺杂碳酸锂法对硅/ 碳复合材料进行了处理。对比发现,掺杂碳酸锂后材料首次容量提高,但随后循环中容量就低于不处理材料的容量,循环性能下降。用溶液浸泡的材料,虽然前几次容量比未处理材料的低,但其容量下降慢,循环性能比未浸渍材料有明显的提高。关键词锂离子电池;硅/ 碳负极;高温热解;循环性能哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- II - Abstract The Silicon/graphite/carbon (Si/G/C) composite was prepared by pyrolyzing pitch at 900 ℃ in this paper. Then the Si/G/posites were modified by methods of two-step coati ng, element B doping, ethching of Cu current collector etched and dipping of Li 2 CO 3 solution. The surface morphology and structure of posites were studied by X-ray diffraction (XRD ) and scanning electro