纳米硅基复合材料的制备及电极性能研究

• 作 者: 李臻
• 出 处: 燕山大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 锂离子电池 硅基复合材料 核壳结构 酚醛树脂

锂离子电池相对于其它电池有许多优点,放电容量高、循环性能优异、制备工艺简单和绿色无污染,在许多能源领域有广泛的应用。硅材料有非常高的理论比容量（4200 mAh/g）,并且对环境友好、地球含量多等优点,是一种比较理想的电极材料。但是,电池在充放电过程中体积膨胀现象阻碍了电极材料的的应用。商业化的碳材料导电性能好,有很好的延展性,稳定性能好,因此被用作“缓冲物质”组成复合材料。此外,在电化学反应中,硅和碳材料的嵌锂电位几乎一致,两种材料复合能够得到容量高、循环性能优异的锂离子电池电极材料。因此,本论文使用纳米硅材料为硅源,分别以多巴胺、酚醛树脂、PVDF为碳源直接包覆得到硅碳复合材料,用间苯二酚和甲醛原位合成的酚醛树脂作为碳源包覆得到硅碳复合材料,具体内容如下:以多巴胺、酚醛树脂、PVDF为碳源,采用溶剂热法在纳米硅颗粒表面包覆碳源,高温碳化后得到硅碳复合材料。其中性能优异的是酚醛树脂碳源,当电流密度为0.1A g^-1时,复合材料比容量为1280.8mAh g^-1,增大电流密度为5 A g^-1时,电极材料比容量为176mAh g^-1。保持0.5 A g^-1的电流密度循环300圈后,容量为495.4 mAh g^-1,容量保持率为37.5%。以间苯二酚和甲醛为原料,通过溶剂热法原位合成酚醛树脂,包覆到纳米硅颗粒表面,然后利用管式炉碳化得到硅碳复合材料。在间苯二酚用量为0.3g并且碳化温度为900℃的条件下,制备了直径为50nm的硅核和厚度为15nm碳壳,材料比表面积为135m² g^-1,为多级孔道结构。当电流密度为0.1 A g^-1时,容量为2335.1mAh g^-1,循环50圈之后,比容量仍为1765.3 mAh g^-1,容量保持率为50.6%,增大电流密度为5 A g^-1,放电比容量为678.6 mAh g^-1,材料在大电流密度下仍有很高的容量。