锂离子电池硅基负极改性研究新进展

·１４４·材料导报Ａ：综述篇　上）第２０１１年９月（５卷第９期　２

锂离子电池硅基负极改性研究新进展＊

邹幽兰，杨　娟，周向阳，唐晶晶，王松灿，谢　静

（）中南大学冶金科学与工程学院，长沙４１００８３

摘要　　硅因其具有极高的理论容量而成为现阶段锂离子电池用负极材料研究的热点。介绍了硅基负极材料嵌／脱锂的原理，总结了目前缓解硅开裂与粉碎的一般方法，分析了现行研究中的不足。聚吡咯具有高导电性、高弹性、多孔、高稳定性等优点，为了提高负极材料循环稳定性能，将其与硅结合得到的ＳｉＰ－Ｐｙ复合材料将是最有希望的发展方向。

关键词　　锂离子电池　纳米硅　硅薄膜　核壳结构　网络结构中图分类号：Ｏ６４６Ａ　　　　　文献标识码：

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０　引言

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，风能、水能、太阳能等可再生能源有待长足发展，能源日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，大容量锂离子电池材料成为各

１－４］

。个国家大力开发的焦点［

１　锂离子电池硅基负极材料嵌／脱储能原理

锂离子嵌入常规尺寸硅颗粒的过程可分为两个阶段：第１阶段是在首次放电过程中晶态硅转变为无定形锂硅合金的

过程；第２阶段是无定形锂硅合金再转变为结晶形态ＬｉＳｉ１５４（）的相变过程。锂离子的脱出过程为硅转变成无定ＬｉＳｉ３．７５形态，具体反应过程如下。

嵌入过程：

　　首次循环

（（晶态）无定形态）ｉ＋ＬｉｉＳｉ　　Ｓ→Ｌｘ

（（无定形态）无定形态）ｉ＋ＬｉｉＳｉ　　Ｓ→Ｌｘ

　　后续循环

（无定形态）晶态）ｉＳｉｉＳｉ　　Ｌ→Ｌｘ１５４（

脱出过程：

（晶态）无定形态）ｉＳｉｉ＋Ｌｉ　　Ｌ→Ｓ１５４（

［］

法进行了Ｏｂｒａｖａｃ等７利用非现场Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）研究，结果表明，在锂与硅的电化学合金化／去合金化过程中硅基材料的相结构发生了变化。在首次嵌锂后，任何形态的硅均转变为无定形态；在后续过程中，锂从负极脱出时，硅保持着这种无定形结构，不会再恢复到晶体结构，从这一点看

／，由于石墨类碳材料的理论容量很小，仅为３难７２ｍＡｈｇ以满足航天、军工、电动车等发展的需求，而硅负极的理论容／，量高达４无疑是未来锂离子电池负极材料商业发２００ｍＡｈｇ

５，６］

。硅基负极材料至今仍未商业化应用的原因展的核心［

在于，当锂离子嵌入硅中与硅形成不同种类金属间化合物时，一部分化合物的体积相当大，在发生脱锂反应后，硅颗粒无法还原，逐渐从集流体上脱落，失去导电性，并团聚成大颗粒，经过少数几次嵌脱反应后，材料结构基本被破坏，不再具有嵌锂能力，使得电池的储能性能远远达不到应用标准。

本文从锂离子电池硅负极材料嵌／脱锂原理入手，具体分析了硅循环稳定性差的原因，针对目前的改性进展作出了简要的评述，分析了现阶段硅基电极材料研究中的不足，提出了提高硅基负极材料循环稳定性的发展方向。

）５０９７４１３６；５１０７４１８５　＊国家自然科学基金（

：女，硕士研究生，从事锂离子电池负极材料的研究　Ｅ－ｍ通讯作者，男，１９８７年生，ａｉｌ１５８７４８５３１４５＠１３９．ｃｏｍ　周向阳：　邹幽兰：

：从事锂离子电池负极材料的研究　Ｔ１９６９年生，教授，ｅｌ０７３１８８８３６３２９－

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