碳包覆結(jié)構(gòu)的Si鋰離子負(fù)極材料電化學(xué)性能研究

1、1報告人：報告人： 盧志威盧志威重點實驗室先進能源材料組重點實驗室先進能源材料組中國電子科技集團公司第十八研究所中國電子科技集團公司第十八研究所碳包覆結(jié)構(gòu)的碳包覆結(jié)構(gòu)的si鋰離子負(fù)極材料鋰離子負(fù)極材料電化電化學(xué)學(xué)性能研究性能研究學(xué)術(shù)交流學(xué)術(shù)交流2011年年10月月22日日 si sio o材料鋰離子負(fù)極材料的研制材料鋰離子負(fù)極材料的研制簡介簡介實驗方法實驗方法實驗結(jié)果和討論實驗結(jié)果和討論結(jié)論結(jié)論簡介簡介1.si材料的理論容量高達4200mah g-1，可形成多種組分的li-si合金2. 在鋰合金化過程中，存在極大的體積膨脹率，（li4.4si，300%）3. 采用sio作為si的前驅(qū)體，通過炭

2、包覆，金屬修飾等方法，制備si-sio2-c負(fù)極材料。實驗方法實驗方法制備過程在有機溶液中在有機溶液中, ,直接球磨直接球磨siosio, ,煤瀝青和石墨，以及添加劑煤瀝青和石墨，以及添加劑干燥后在高溫下燒結(jié)干燥后在高溫下燒結(jié)3h3h，粉碎至粉碎至400400目目以以70/15/1570/15/15的比例，混合材料，的比例，混合材料，乙炔黑，乙炔黑，pvdfpvdf，制成模擬，制成模擬crcr24302430電池進行測試。電池進行測試。實驗結(jié)果和討論實驗結(jié)果和討論 si-sio2-c 負(fù)極材料負(fù)極材料 通過高溫?zé)Y(jié)通過高溫?zé)Y(jié)siosio轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為si-siosi-sio2 2結(jié)構(gòu)，同時碳材

3、料形成了包覆層，結(jié)構(gòu)，同時碳材料形成了包覆層，此種結(jié)構(gòu)有利于緩沖此種結(jié)構(gòu)有利于緩沖sisi材料的體積膨脹，和提高導(dǎo)電能力材料的體積膨脹，和提高導(dǎo)電能力ag修飾修飾si-sio2-c負(fù)極材料負(fù)極材料 采用易分解的采用易分解的ag acag ac作為作為agag的前驅(qū)體，與的前驅(qū)體，與siosio，石墨，煤瀝青，石墨，煤瀝青（siosio/graphite/coal pitch/graphite/coal pitch質(zhì)量為質(zhì)量為3/1.5/1.53/1.5/1.5）直接球磨燒結(jié)形成）直接球磨燒結(jié)形成 si-sio si-sio2 2-c-ag-c-ag復(fù)合負(fù)極材料復(fù)合負(fù)極材料 。 si-sio2-

4、c負(fù)極材料負(fù)極材料微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)sio/石墨/煤瀝青 質(zhì)量比 3/1.5/1.5 、3/2/1、 3/1/2 sio/煤瀝青 1/10102030405060708090100110010020030040050060070080090010001100open: li-alloyingsolid: li-de-alloyingspecific capacity / mah g-1cycle numbersi-siosi-sio2 2-c-c電化學(xué)循環(huán)性能電化學(xué)循環(huán)性能020040060080010000.00.51.01.52.02.53.0potential / v,vs.li/li+s

5、pecific capacity / mah g-1 1st cycle 5th cyclesio/石墨/煤瀝青 質(zhì)量比 3/1.5/1.5si-siosi-sio2 2-c-c電化學(xué)充放電曲線電化學(xué)充放電曲線agag修飾修飾si-siosi-sio2 2-c-c負(fù)極材料負(fù)極材料.微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)1020304050607080030006000intensity290010001100aadding 10wt% silver acetate graphite si sio2 agno trace of ag-si or ag-c compounds are detectedsem 和和 ed

6、s mapping 圖圖 (silver acetate, 10wt %) 經(jīng)eds分析，此種樣品的ag含量為5.57wt%, 非常接近于理論ag含量 (6.0wt%). 經(jīng)電導(dǎo)率儀測試，經(jīng)ag修飾的樣品電阻率降低40%。 si-sio2-c-ag電化學(xué)循環(huán)性能電化學(xué)循環(huán)性能cyclic performance of the si-sio2-graphite-carbon-ag composites heat treated at 1000 c at the current density of 100 ma g-1.charge/discharge curves of heat treate

7、d si-sio2-c-ag composite (sample b, silver acetate, 10wt%) at the current density of 100 ma g-1循環(huán)伏安分析循環(huán)伏安分析cyclic voltagrams of si-based composites after heat treatment at 1000 c at the scan rate of 0.1 mv s-1.cyclic voltagrams of the heat treated 50 wt% graphite-50 wt% coal pitch composite（silver a

8、cetate, 10wt%） at the scan rate of 0.1 mv s-高導(dǎo)電性碳修飾高導(dǎo)電性碳修飾 cyclic performance of the as-prepared si-sio2-graphite-carbon composites at the current density of 100 ma g-1. 結(jié)論結(jié)論 微觀結(jié)構(gòu)分析證明，制備微觀結(jié)構(gòu)分析證明，制備si-sio2-carbon 材料具有碳包覆的核殼結(jié)構(gòu)，材料具有碳包覆的核殼結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)能不僅能夠緩沖此種結(jié)構(gòu)能不僅能夠緩沖si顆粒電化學(xué)鋰合金化的體積變化顆粒電化學(xué)鋰合金化的體積變化, 而且可以提而且可以提供良好的導(dǎo)電性能。燒結(jié)后的復(fù)合供良好的導(dǎo)電性能。燒結(jié)后的復(fù)合si-sio2-carbon電極材料（電極材料（sio/ graphite /coal pitch質(zhì)量為質(zhì)量為3/1.5/1.5）具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，可逆容）具有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，可逆容量超過量超過700mah g-1。 醋酸銀作為醋酸銀作為ag的前驅(qū)體，修飾的前驅(qū)體，修飾si-sio2-c復(fù)合電極材料，取得了良好的電復(fù)合電極材料，取得了良好的電化學(xué)脫嵌鋰性能，加入化學(xué)脫嵌鋰性能，加入10wt%醋酸銀的樣品經(jīng)醋酸銀的樣品經(jīng)1000熱處理后，其可逆熱處理后，其