基于HSP合成納米硅/碳復(fù)合材料鋰電池電極的研究

鋰電池具有比能量大、工作電壓高和安全性好等特點(diǎn)，因而其在便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)汽車上得到廣泛應(yīng)用。隨著對(duì)電能需求的增長(zhǎng)，開發(fā)高能密度、快速充放電的鋰電池成為了鋰電池研究的重點(diǎn)。陽極材料是影響鋰電池性能的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，因而具有重大應(yīng)用潛力的硅/碳復(fù)合材料成為了近些年研究的重點(diǎn)。硅/碳復(fù)合材料中通常將硅作為主要活性物質(zhì)，而將碳作為分散基質(zhì)，用來限制硅顆粒的體積變化。硅/碳復(fù)合材料陽極電極的儲(chǔ)鋰容量高、導(dǎo)電性能好，但是其充放電循環(huán)穩(wěn)定性差且可逆循環(huán)容量保持率低。不同的制備方法以及復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)硅/碳復(fù)合材料陽極電極的電化學(xué)性能影響顯著，通過采用先進(jìn)的制備方法，消除硅/碳復(fù)合材料陽極電極存在的問題，有利于硅/碳復(fù)合材料的應(yīng)用。

在進(jìn)行硅/碳復(fù)合材料的制備時(shí)，首先將聚氯乙烯溶于適量的四氫呋喃中，形成具有一定粘度的溶液；之后在磁力攪拌下，向溶液中加入適當(dāng)配比的硅納米顆粒和石墨納米顆粒，等待溶劑完全揮發(fā)后，形成塊狀的前驅(qū)體；然后將前驅(qū)體在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行焙燒得到硅/碳復(fù)合材料。其中，制備過程涉及到的加工參數(shù)和組分比例依據(jù)漢森溶解度參數(shù)（HSP）來確定。采用荷蘭飛利浦（Philips）公司生產(chǎn)的PhilipsXL20掃描電子顯微鏡和PhilipsCM12投射電子顯微鏡對(duì)所制備硅/碳復(fù)合材料分別進(jìn)行表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征觀察，確定所制備硅/碳復(fù)合材料的納米結(jié)構(gòu)特征。

采用鋰電池測(cè)試儀對(duì)所制備硅/碳復(fù)合材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試的結(jié)果顯示，硅/碳復(fù)合材料電極的首次充放電容量為1600mAh/g，庫倫效率（CE）超過76%，且在經(jīng)歷400次完整的充放電循環(huán)之后沒有出現(xiàn)性能衰退。

刊名：JournalofIndustrial andEngineering Chemistry（英）

刊期：2017年第52期

作者：YeeHwaSehlleier

編譯：王祥