SiCoC负极材料的制备、表征及电化学性能研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fanjin001983
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Si具有较高的吸/放锂比容量而成为近年来研究较多的锂离子电池负极材料,但Si在吸/放锂过程中由于循环性能差、首次库伦效率低而限制了其应用。为改善Si材料的性能,前人曾采用高能球磨和溶胶凝胶等方法制备SiC材料。其中,高能球磨法工艺简单、能耗低,但Si的分散性不佳,循环性能较差。   本文在前人采用高能球磨法制备SiC材料的基础上,加入具有金属延展性以及导电性良好的Co,以改善SiC材料的循环性能。首先,采用高能球磨法制备得到了不同组成比的SiCoC三元材料,确定其最佳组成(质量比)为Si20Co10C70。XRD结果表明,所得的Si20Co10C70材料只是三种单质简单的混合。从SEM照片可以看到,材料的微观结构与石墨的相似。恒流充放电结果显示:Si20Co10C70材料电极首周充放电容量分别为1068.8mAh/g和1283.3 mAh/g,首周容量损失为214.5 mAh/g,首周库伦效率为83.3%。循环50周后,容量稳定在610 mAh/g,库伦效率均保持在96%左右,平均每周容量衰减13 mAh/g。CV研究表明,首周阴极扫描过程中有SEI膜生成;曲线中只出现了Si和C的氧化还原峰,这与充放电曲线的结果相一致。表明材料中Si和C为活性物质,而Co为非活性物质。EIS研究表明,Co的添加在一定程度上改善了材料的导电性。TEM与XRD的结果表明,三种元素只以单质存在,且Si均匀分散在C和Co中。C的存在有效分散了Si颗粒,阻止了Si的团聚,并可缓冲Si的体积膨胀;Co分散在C中,不仅缓冲了Si的体积膨胀,而且提高了导电性。本文所制备的Si20Co10C70材料在放电比容量、首周效率、抗膨胀能力以及循环稳定性等方面得到了明显的改善,是一种有前景的锂离子电池负极材料。
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