【摘 要】
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目前新能源汽车的动力存储仍达不到人们出行的需求,科研工作者竭尽所能提升锂离子电池能量密度。本课题以硅基负极材料为研究重点,探索了硅材料和无定形碳碳材料的包覆方式、蚀刻时间以及投放比例等因素对最终材料的电化学性能的影响。利用柠檬酸作为碳源,采用恒温水浴搅拌法制备出不同比例的硅碳复合材料,并添加水性粘结剂海藻酸钠和导电剂乙炔黑制成负极浆料。由于单层包覆材料包覆纳米硅不完全导致仍有部分硅裸露在外得不到保
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目前新能源汽车的动力存储仍达不到人们出行的需求,科研工作者竭尽所能提升锂离子电池能量密度。本课题以硅基负极材料为研究重点,探索了硅材料和无定形碳碳材料的包覆方式、蚀刻时间以及投放比例等因素对最终材料的电化学性能的影响。利用柠檬酸作为碳源,采用恒温水浴搅拌法制备出不同比例的硅碳复合材料,并添加水性粘结剂海藻酸钠和导电剂乙炔黑制成负极浆料。由于单层包覆材料包覆纳米硅不完全导致仍有部分硅裸露在外得不到保护,本课题在柠檬酸单层包覆复合材料的基础上进行了第二次无定形碳包覆。采用聚乙烯醇为原料,利用水浴搅拌法制备硅碳双层包覆复合材料。通过不同比例的硅碳复合材料的电化学测试发现,Si:C1:C2=6:2:2比例下的复合材料综合性能最优异,说明加入第二层碳包覆后不仅能够提升纳米硅的包覆率,还能够提升循环性能。本课题又将纳米硅蚀刻与碳二层包覆进行结合,利用氢氧化钠蚀刻对纳米硅颗粒尺寸进行改性并与无定形碳结合,以减小纳米硅的尺寸和形成少量中孔增加吸附力。通过改变蚀刻时间制备出最优条件(0.25m M Na OH,60min)下的材料,测试结果证明使用蚀刻后制备出的负极材料应用于锂电池后具有更高的容量保持率。蚀刻后用柠檬酸进行包覆制备得到硅碳单层包覆复合材料,再与聚乙烯醇进行二次包覆制备硅碳双层包覆复合材料。其中,用未蚀刻的硅制备得到的硅碳单层包覆材料(硅:无定形碳=6:4)的第一圈放电比容量为2262 m Ah/g,循环50圈后为852 m Ah/g,容量保持率为37.7%。用蚀刻后的硅制备得到的硅碳单层包覆材料(硅:无定形碳=6:4)的初始放电比容量为1800 m Ah/g,第50圈比容量为1176 m Ah/g,容量保持率为65.3%。用未蚀刻的硅制备得到的硅碳双层包覆复合材料(Si:C1:C2=6:2:2)初始放电比容量为2353 m Ah/g,第50圈比容量为1195 m Ah/g,容量保持率为50.8%。用蚀刻后的硅制备得到的硅碳双层包覆复合材料(Si:C1:C2=6:2:2)初始放电比容量为1969 m Ah/g,循环200圈后比容量维持在1617 m Ah/g,容量保持率为82.1%。说明蚀刻后更有助于提升纳米硅材料的性能,双层包覆有助于保护纳米硅材料不裸露破裂并发挥出自身的理论比容量,并能够抑制硅的体积膨胀,保持良好的循环稳定性。
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