碳包覆结构的Si锂离子负极材料电化学性能研究

1、1报告人：报告人： 卢志威卢志威重点实验室先进能源材料组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中国电子科技集团公司第十八研究所碳包覆结构的碳包覆结构的Si锂离子负极材料锂离子负极材料电化电化学学性能研究性能研究学术交流学术交流2011年年10月月22日日 SiSiO O材料材料锂离子负极材料锂离子负极材料的研制的研制简介简介实验方法实验方法实验结果和讨论实验结果和讨论结论结论简介简介1.Si材料的理论容量高达4200mAh g-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

2、覆，金属修饰等方法，制备Si-SiO2-C负极材料。实验方法实验方法制备过程在有机溶液中在有机溶液中, ,直接球磨直接球磨SiO,SiO,煤沥青和石墨，以及添加剂煤沥青和石墨，以及添加剂干燥后在高温下烧结干燥后在高温下烧结3h3h，粉碎至粉碎至400400目目以以70/15/1570/15/15的比例，混合材料，的比例，混合材料，乙炔黑，乙炔黑，PVDFPVDF，制成模拟，制成模拟CRCR24302430电池进行测试。电池进行测试。实验结果和讨论实验结果和讨论 Si-SiO2-C 负极材料负极材料 通过高温烧结通过高温烧结SiOSiO转化为转化为Si-SiOSi-SiO2 2结构，同时碳材料形

3、成了包覆层，结构，同时碳材料形成了包覆层，此种结构有利于缓冲此种结构有利于缓冲SiSi材料的体积膨胀，和提高导电能力材料的体积膨胀，和提高导电能力Ag修饰修饰Si-SiO2-C负极材料负极材料 采用易分解的采用易分解的Ag AcAg Ac作为作为AgAg的前驱体，与的前驱体，与SiOSiO，石墨，煤沥青，石墨，煤沥青（SiO/graphite/coal pitchSiO/graphite/coal pitch质量为质量为3/1.5/1.53/1.5/1.5）直接球磨烧结形成）直接球磨烧结形成 Si-SiO Si-SiO2 2-C-Ag-C-Ag复合负极材料复合负极材料 。 Si-SiO2-C负

4、极材料负极材料微观结构微观结构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-alloyingSpecific Capacity / mAh g-1Cycle numberSi-SiOSi-SiO2 2-C-C电化学循环性能电化学循环性能020040060080010000.00.51.01.52.02.53.0Potential / V,vs.Li/Li+Spe

5、cific capacity / mAh g-1 1st cycle 5th cycleSiO/石墨/煤沥青 质量比 3/1.5/1.5Si-SiOSi-SiO2 2-C-C电化学充放电曲线电化学充放电曲线AgAg修饰修饰Si-SiOSi-SiO2 2-C-C负极材料负极材料.微观结构微观结构1020304050607080030006000Intensity290010001100Aadding 10wt% silver acetate Graphite Si SiO2 AgNo trace of Ag-Si or Ag-C compounds are detectedSEM 和和 EDS

6、mapping 图图 (silver acetate, 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电化学循环性能电化学循环性能Cyclic performance of the Si-SiO2-graphite-carbon-Ag composites heat treated at 1000 C at the current density of 100 mA g-1.Charge/discharge curves of heat treated

7、Si-SiO2-C-Ag composite (Sample B, silver acetate, 10wt%) at the current density of 100 mA g-1循环伏安分析循环伏安分析Cyclic voltagrams of Si-based composites after heat treatment at 1000 C at the scan rate of 0.1 mV s-1.Cyclic voltagrams of the heat treated 50 wt% graphite-50 wt% coal pitch composite（silver ace

8、tate, 10wt%） at the scan rate of 0.1 mV s-高导电性碳修饰高导电性碳修饰 Cyclic performance of the as-prepared Si-SiO2-graphite-carbon composites at the current density of 100 mA g-1. 结论结论 微观结构分析证明，制备微观结构分析证明，制备Si-SiO2-carbon 材料具有碳包覆的核壳结构，材料具有碳包覆的核壳结构，此种结构能不仅能够缓冲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颗粒电化学锂合金化的体积变化, 而且可以提而且可以提供良好的导电性能。烧结后的复合供良好的导电性能。烧结后的复合Si-SiO2-carbon电极材料（电极材料（SiO/ graphite /coal pitch质量为质量为3/1.5/1.5）具有良好的电化学稳定性，可逆容）具有良好的电化学稳定性，可逆容量超过量超过700mAh g-1。 醋酸银作为醋酸银作为Ag的前驱体，修饰的前驱体，修饰Si-SiO2-C复合电极材料，取得了良好的电复合电极材料，取得了良好的电化学脱嵌锂性能，加入化学脱嵌锂性能，加入10wt%醋酸银的样品经醋酸银的样品经1000热处理后，其可逆热处理后，其