摘要
随着锂离子电池的发展及应用，许多研究者将目光放在锂离子电池负极材料上。尤其是硅基负极材料，正受到越来越多的关注。虽然硅基负极材料具备理论比容量高、安全性好、低温性能优良且原材料储量丰富等优点，但在实际应用过程中仍存在许多挑战。例如合金化/去合金化易导致体积膨胀严重，充放电过程中SEI膜不稳定致使电池效率降低，导电性能弱导致电池内阻较大，以及离子传输效率较差等。为了改善硅负极的性能，提升其循环稳定性，本文通过硅碳复合以实现对纳米硅负极的改性，采用有机碳源包覆在纳米硅基质表面，形成具有核壳结构的硅碳复合材料以提升其电化学性能。本文的主要研究内容及结论如下： 首先，采用“液相聚合-高温碳化”法，以纳米硅为基质，通过引导不同的有机碳源（聚乙烯吡咯烷酮、多巴胺、单宁酸）包覆在纳米硅表面，高温碳化后制备了三种核壳型一元碳改性硅复合材料，探究了不同碳源对纳米硅电化学性能的影响。结果表明：当单宁酸作为碳源时复合材料Si@C-3总体放电比容量较高且首次放电比容量和首次充电比容量分别为1064.3 mAh/g、1044.3 mAh/g，循环五十次之后的放电比容量为927.4 mAh/g，容量保持率为87.1%；而纳米硅电极循环五十次之后的容量保持率仅为4.2%；结果表明一元碳复合硅复合材料具备良好的电化学性能。 其次，采用“机械球磨-液相聚合-高温碳化”法，引入石墨作为二元碳，制备了负载型二元碳改性硅复合材料，并确定了球磨工艺参数对复合材料的影响，同时探究了包覆碳源的种类对二元碳改性硅复合材料电化学性能的影响。结果表明，当湿法球磨控制球料比30∶1且当无定型碳源你为单宁酸时，Si@GC-3号材料的首次放电比容量为1335 mAh/g，首次充电比容量为1322.5 mAh/g，循环五十次之后复合材料的放电比容量为1249.8 mAh/g，容量保持率高达94.61%。 最后，通过粘结剂改性，使用聚丙烯酸（PAA）代替聚偏氟乙烯（PVDF）作为粘结剂制备改性电极材料。结果表明，当PAA作为粘结剂时，Si@G-TA电极材料的首次放电比容量为1436.6 mAh/g，首次库伦效率为98.5%，即使循环50次，其容量保持率仍高达98.45%，且倍率测试后其容量仅衰减70.57 mAh/g，表现出优异的倍率性能。
NETL