鋰離子電池SiO2負極材料的電化學性能研究.pdf

1、本論文在綜述國內外SiOx負極材料研究現狀的基礎上，選擇以SiO2為研究對象，系統研究了球磨處理、粘結劑、煅燒溫度以及碳復合等因素對SiO2材料形貌、微結構和電化學儲鋰性能的影響，揭示了SiO2負極材料的成分、形貌、結構與電化學儲鋰性能的相互關系，為進一步研究和開發高性能的SiO2負極材料提供了實驗基礎和理論依據。
　　本文以商業購買的SiO2為原料，通過機械球磨方法制備了SiO2負極材料。電化學性能測試發現，隨著球磨時間的增加，

2、SiO2的可逆儲鋰容量逐漸增加。其中，球磨72h的樣品具有最好的綜合電化學性能。球磨72h的SiO2材料在100mA g-1電流密度下首次儲鋰容量高達1435.7mAh g-1，首次庫倫效率為54.5％，100次循環后的可逆容量從原始SiO2的188.9mAh g-1增加到574.3mAh g-1。XRD分析表明，隨著球磨時間的增加，SiO2結晶性能降低，在72h之后轉變成非晶態。進一步的SEM觀測發現，隨著球磨時間延長，SiO2的顆粒

3、尺寸逐漸變小且顆粒分布更加均勻。
　　以球磨24h和72h后的SiO2材料為對象，研究了CMC和PVDF兩種粘結劑對SiO2負極材料電化學儲鋰性能的影響規律。對于球磨24h的材料，使用PVDF粘結劑的電極100次循環之后容量保持率為22%，而使用CMC粘結劑的電極為34%；對于球磨72h的材料而言，使用PVDF粘結劑的電極循環100次之后容量保持率僅為16.5%，而使用CMC粘結劑的電極達到40%以上。CMC粘結劑在電極充放電過程

4、中能夠承受住連續不斷的膨脹和收縮，在一定程度上比PVDF更有效緩解了顆粒體積效應造成的粉化脫落問題。
　　對煅燒溫度影響SiO2電化學性能的結果表明，隨著煅燒溫度的逐漸升高，球磨72h SiO2負極材料的可逆儲鋰容量逐漸下降。經過1000℃處理的材料容量類似原始SiO2，幾乎沒有儲鋰性能。XRD分析表明，球磨72h的SiO2材料經過400和600℃煅燒4h之后仍處于非晶態。當溫度升高到800℃的時候結晶性開始變強，在1000℃的時

5、候，材料轉變成晶態結構。進一步的SEM觀測發現，經過400和600℃處理之后的材料形貌變化較小，當煅燒溫度升高到800℃的時候可以看到晶粒開始長大，并開始出現粘結現象，當溫度達到1000℃的時候，材料的顆粒尺寸明顯變大，團聚現象嚴重。
　　以檸檬酸作為碳源，通過溶膠凝膠法在SiO2材料中原位引入碳，制備出SiO2/C復合材料。結果發現，當復合材料中碳含量為13.1wt%時，首次庫倫效率達到67.9%，45次循環之后可逆容量為624