摘要
硅（Si）由于其丰富的容量与较低的获取难度，被认为是具有低价优质特点的高比容量电池负极材料。尽管硅基负极在容量与成本方面优势明显，但缺点也同样突出。合金化反应会导致巨大的体积膨胀，且自身导电子与导锂离子能力差，严重限制了材料的倍率性能，不能满足车用高比能锂离子电池的需求，阻碍了硅基负极材料的商业化进程。在循环过程中，巨大的体积膨胀会导致界面的不稳定与材料颗粒的碎裂，进一步引发固体电解质界面（SEI）过度生长，并最终导致电池容量快速衰减。针对目前硅基负极材料所面临的问题，本论文主要从硅氧基原材料制备入手，运用气相沉积的方法，通过在氧化亚硅制备过程中原位引入金属Sn元素，获得具有不同浓度金属掺杂的氧化亚硅复合材料，并验证其电化学性能。为了改性材料的倍率性能，我们使用目前商业化应用常见的化学气相沉积（CVD）方式，在原位引入金属锡的微米级改性氧化亚硅表面进行碳包覆，得到具有长循环、高倍率的碳-锡-氧化亚硅复合材料。具体而言，本论文研究内容可概括为以下两个方面： 一、原位掺杂改性氧化亚硅的设计和制备：通过在氧化亚硅体相中均匀掺入Sn，来抑制SiOx歧化过程中Si的团聚，并提高SiOx的导电性。利用高温真空蒸镀技术，在真空装置加入按照一定摩尔比均匀混合的Si、SiO2与金属Sn，通过调节混入金属锡的摩尔比例与冷凝收集器的收集温度，制备出具有不同浓度锡掺杂的改性氧化亚硅。通过分析制备得到的改性氧化亚硅，表明了Sn元素均匀分布在改性材料体相中。 二、改性氧化亚硅负极的制备及电化学性能研究：将制备得到的改性材料利用商业化常用的气流粉碎设备进行微米化处理，通过CVD包覆，制备得到微米级锡掺杂改性氧化亚硅电极材料。通过均匀引入的Sn与碳包覆层产生的协同效应，大幅提高了材料的导电性。不仅如此，内部均匀分布的Sn可以保证充放电过程中材料保持良好的电接触，外部均匀包覆的碳包覆层则可以维持SEI的稳定性，使材料具有卓越的循环稳定性和优秀的倍率性能。
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