碳包覆结构的Si锂离子负极材料电化学性能研究

1报告人：卢志威重点实验室先进能源材料组中国电子科技集团公司第十八研究所碳包覆结构的Si锂离子负极材料电化学性能研究学术交流2011年10月22日SiO材料锂离子负极材料的研制简介实验方法实验结果和讨论结论简介1.Si材料的理论容量高达4200mAhg-1，可形成多种组分的Li-Si合金2.在锂合金化过程中，存在极大的体积膨胀率，（Li4.4Si，300%）3.采用SiO作为Si的前驱体，通过炭包覆，金属修饰等方法，制备Si-SiO2-C负极材料。实验方法制备过程在有机溶液中,直接球磨SiO,煤沥青和石墨，以及添加剂干燥后在高温下烧结3h，粉碎至400目以70/15/15的比例，混合材料，乙炔黑，PVDF，制成模拟CR2430电池进行测试。实验结果和讨论Si-SiO2-C负极材料通过高温烧结SiO转化为Si-SiO2结构，同时碳材料形成了包覆层，此种结构有利于缓冲Si材料的体积膨胀，和提高导电能力Ag修饰Si-SiO2-C负极材料采用易分解的AgAc作为Ag的前驱体，与SiO，石墨，煤沥青（SiO/graphite/coalpitch质量为3/1.5/1.5）直接球磨烧结形成Si-SiO2-C-Ag复合负极材料。Si-SiO2-C负极材料微观结构SiO/石墨/煤沥青质量比3/1.5/1.5、3/2/1、3/1/2◇SiO/煤沥青1/10102030405060708090100110010020030040050060070080090010001100open:Li-alloyingsolid:Li-de-alloyingSpecificCapacity/mAhg-1CyclenumberSi-SiO2-C电化学循环性能020040060080010000.00.51.01.52.02.53.0Potential/V,vs.Li/Li+Specificcapacity/mAhg-1□1stcycle○5thcycleSiO/石墨/煤沥青质量比3/1.5/1.5Si-SiO2-C电化学充放电曲线Ag修饰Si-SiO2-C负极材料.微观结构1020304050607080030006000△△○◇◇◇○○Intensity2900℃1000℃1100℃○◇△■Aadding10wt%silveracetate○Graphite△Si■SiO2◇AgNotraceofAg-SiorAg-CcompoundsaredetectedSEM和EDSmapping图(silveracetate,10wt%)经EDS分析，此种样品的Ag含量为5.57wt%,非常接近于理论Ag含量(6.0wt%).经电导率仪测试，经Ag修饰的样品电阻率降低40%。Si-SiO2-C-Ag电化学循环性能CyclicperformanceoftheSi-SiO2-graphite-carbon-Agcompositesheattreatedat1000ºCatthecurrentdensityof100mAg-1.Charge/dischargecurvesofheattreatedSi-SiO2-C-Agcomposite(SampleB,silveracetate,10wt%)atthecurrentdensityof100mAg-1循环伏安分析CyclicvoltagramsofSi-basedcompositesafterheattreatmentat1000ºCatthescanrateof0.1mVs-1.Cyclicvoltagramsoftheheattreated50wt%graphite-50wt%coalpitchcomposite（silveracetate,10wt%）atthescanrateof0.1mVs-高导电性碳修饰Cyclicperformanceoftheas-preparedSi-SiO2-graphite-carboncompositesatthecurrentdensityof100mAg-1.结论微观结构分析证明，制备Si-SiO2-carbon材料具有碳包覆的核壳结构，此种结构能不仅能够缓冲Si颗粒电化学锂合金化的体积变化,而且可以提供良好的导电性能。烧结后的复合Si-SiO2-carbon电极材料（SiO/graphite/coalpitch质量为3/1.5/1.5）具有良好的电化学稳定性，可逆容量超过700mAhg-1。醋酸银作为Ag的前驱体，修饰Si-SiO2-C复合电极材料，取得了良好的电化学脱嵌锂性能，加入10wt%醋酸银的样品经1000℃热处理后，其可逆电化学嵌锂容量大于800mAh/g。过量的Ag修饰会导致Ag的团聚，反而会降低材料的电化学性能。.高导电性的碳材料修饰，也可以有效的提高电极材料性能。