硅的理论比容量高达4200 mAh/g,有望成为新一代的高容量负极材料之一。但锂离子在嵌锂和脱锂过程中,引起硅颗粒体积膨胀和电极结构崩破,导致硅与集流体的导电性变弱,影响电池的电化学性能。为了改善这一个问题,本文通过研究海藻酸钠在不同硅基复合负极材料(硅负极材料、硅/石墨烯负极材料、硅/铁负极材料)中的电化学性能,并分析负极材料与海藻酸钠复合浆料的流变特性。试图改善电极结构,探索出比容量高、电极循环稳定好的锂离子电池。本论文主要工作及结果如下:(1)制备了3种不同海藻酸钠粘结剂含量的锂离子电池硅负极浆料,并对其浆料进行流变性和触变性测试与比较,筛选出海藻酸钠粘结剂合适含量为20%,该含量下负极浆料颗粒可形成均匀,稳定的分散结构。测试了该体系电化学性能,结果表明,当负极材料(纳米硅)、导电剂、粘结剂质量比是6:2:2时,首次放电比容量为2200 mAh/g,库伦效率达到87%。但循环50圈后,放电比容量低于800 mAh/g。锂离子电池在嵌锂和脱锂过程中,硅会发生体积膨胀,导致硅材料粉化、剥落、失去电接触,因此容量衰减很快,循环稳定性较差。(2)为了改善硅负极锂离子电池的循环稳定性,可通过改善硅颗粒与集流体之间的电接触来实现。本文在硅负极中引入导电性能优异的石墨烯材料,制得硅/石墨烯负极材料。测试了3种不同海藻酸钠粘结剂含量的硅/石墨烯负极浆料的流变性和触变性,选择出最佳海藻酸钠粘结剂含量仍为20%。在负极材料、导电剂、粘结剂质量比是6:2:2的基础上,测试了含量分别为10%、20%、30%的3种硅/石墨烯锂离子电池的电化学性能。实验结果显示,石墨烯含量减小,比容量增大,内阻降低。10%含量的硅/石墨烯锂离子电池在循环50圈后,放电比容量大于1800 mAh/g;循环100圈后,放电比容量在1650 mAh/g左右,因此适量的石墨烯有利于提高锂离子的循环性。(3)为了提高硅基锂离子电池的循环稳定性,可通过制备多孔硅/金属复合材料为硅体积的膨胀预留空间。本文通过酸化处理硅铁合金制备了多微孔硅/铁合金负极材料。测试了基于海藻酸钠粘结剂的多微孔硅/铁负极浆料的流变性和触变性,确定了海藻酸钠粘结剂合适含量为20%。当负极材料(多微孔硅/铁)、导电剂、粘结剂质量比分别为6:2:2时,首次放电比容量高达2600 mAh/g,循环50圈后,充放电比容量大约为1250 mAh/g。比容量有所下降,但多孔的结构有效的增强了循环性能的稳定性。