高性能硅銅合金負極材料的制備及性能研究

編號：FTJS08465

篇名：高性能硅銅合金負極材料的制備及性能研究

作者：龔露露 羅國旗 姚俊 尹小龍 陳煥輝 任祥忠

關鍵詞： 復合材料 鋰離子電池 Si-Cu材料 N摻雜碳材料 負極材料 電化學性能

機構： 湖北航天化學技術研究所 襄陽三沃航天薄膜材料有限公司 深圳大學化學與環(huán)境工程學院

摘要： 為提高鋰離子電池硅基負極材料的電化學性能,采用化學還原及機械球磨法制備硅-銅(Si-Cu)不相容合金負極材料,并以苯胺為單體對Si-Cu材料進行原位聚合,經高溫煅燒得到氮摻雜碳包覆的Si-Cu合金(Si-Cu/N-C)復合負極材料.利用X-射線衍射、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡(transmission electron microscopy,TEM)對材料的結構形貌進行表征,通過恒流充放電、循環(huán)伏安和電化學交流阻抗等分析測試技術,研究了材料的電化學性能.研究結果表明,當Si∶Cu質量比為1.5∶1,球磨時間為7 h時,首次放電比容量高達1018.6 mAh/g,100次充放電循環(huán)后放電比容量為499.2 mAh/g,顯示出最佳的電化學性能和穩(wěn)定性.經過包覆改性后,TEM顯示該復合負極材料具有核-殼結構.當加入的苯胺單體為0.45 mL時,復合負極材料的首次放電比容量為1147.7 mAh/g,100次充放電循環(huán)后,放電比容量為857.9 mAh/g,與改性前的Si-Cu負極材料相比,容量保持率提高了10.8%.改性后電化學性能的提升歸因于復合負極材料獨特的核-殼結構,聚苯胺高溫碳化后得到的N摻雜碳包覆層不僅提高了復合負極材料的導電性,而且減少了材料間的接觸阻抗.此外,氮元素摻雜碳的Si-Cu/N-C復合負極材料表面活性點增加,使得嵌脫鋰電位平臺降低,同時在循環(huán)過程中有利于形成穩(wěn)定的固體電解質膜.