论文部分内容阅读
在目前众多的负极材料当中，硅负极因其较高的理论比容量引起人们的广泛关注，经计算平均每个Si最多可以与4.4个Li形成合金，其对应的理论比容量为4212mAh/g。此外，硅材料还具有脱/嵌锂电位低(～370mV)，电压平台比石墨电极高，在充放电过程中不容易出现表面析锂现象等优点。但是，硅负极在充放电过程中巨大的体积效应(＞300％)，会导致硅电极结构的严重破坏，进而导致电池较差的循环性。除此之外，硅材料还具有导电性差的问题。这些问题严重阻碍材料的商品化应用。粘结剂作为锂离子电池电极材料中的非活性物质，主要作用是将活性物质、导电剂以及集流体粘结在一起，不同的粘结剂对于电极材料的电化学性能也有着显著的影响。本文从粘结剂的角度出发，选用简单的方法合成高分子量的聚丙烯腈（PAN），研究粘结剂的种类以及粘结剂的分子量对于硅基负极材料性能的影响。 通过电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合法(ARGET ATRP)合成具有不同分子量的PAN。研究表明，通过该方法合成的PAN分子量较高且分子量分布集中，PAN本身以及用PAN作粘结剂的电极均具有较好的热稳定性。与常用粘结剂PVDF和CMC相比，PAN的结晶度不高，不同分子量的PAN吸收电解液的能力没有明显差异。 以粒径50～100nm的硅作锂离子电池负极材料，测试不同分子量的聚丙烯腈粘结剂以及其它两种锂离子电池常用粘结剂对于锂离子电池负极材料性能的影响。与常用锂离子电池粘结剂相比，不同分子量的聚丙烯腈作粘结剂时电极的电化学性能均得到提升。具体的，在0.01～1.5V电压范围内，以100mA/g的小电流进行充放电，PAN100（反应100小时所得产物）作粘结剂电极的首次放电比容量为4147.8mAh/g，经50次充放电循环后，仍保持1639.6mAh/g的放电比容量。研究表明，硅负极材料电化学性能的提升可以归因于聚丙烯腈较高的离子扩散效率以及活性物质、粘结剂以及集流体之间形成的强氢键作用。 通过真空机械搅拌法以及化学气相沉积法制备不同种类的硅/碳复合材料，分别以导电性极强的科琴黑与硅粉进行真空机械搅拌得Si/KB，用乙炔气对硅进行碳沉积得Si/C，研究高分子量聚丙烯腈对于硅/碳复合材料电化学性能的影响。结果表明，聚丙烯腈粘结剂在硅/碳复合材料中同样适用，且Si/KB，Si/C循环稳定性比纯Si好。特别的，在同样条件下，经50次充放电循环后Si/C的容量仍能保持1939.6mAh/g，相应的容量保持率达到59.3％，高于纯Si39.5％的容量保持率。