锂离子电池硅基负极材料改性研究进展

锂离子电池硅基负极材料改性研究进展

综述

锂离子电池硅基负极材料改性研究进展

赵铁鹏，高德淑，李朝晖，雷钢铁，周

姬

（湘潭大学化学学院环境友好化学与应用省部共建教育部重点实验室，湖南湘潭411105）

摘要：锂离子电池硅基负极材料由于理论容量较高（4200mAh/g），成为最具吸引力的新一代负极材料。然而，硅在充表面处理、多相放电过程中体积变化较大，引起电池容量的快速衰减，从而导致电池的循环性能变差。为解决此问题，形成硅化物等方法被用来改善硅基负极材料的电化学性能。综述了以上方法对硅基负极材料改性研究的最新进掺杂、

展，并对各种改性方法进行了简单的评述。

关键词：锂离子电池；负极材料；纳米硅；硅薄膜；硅化物中图分类号:TM912

A文献标识码：

1002-087X(2009)01-0065-04文章编号：

ImprovementprogressoftheSi-basedmaterialsforlithium-ionbatteries

ZHAOTie-peng,GAODe-shu,LIZhao-hui,LEIGang-tie,ZHOUJi

(KeyLaboratoryofEnvironmentallyFriendlyChemistryandApplicationsofMinistryofEducation,CollegeofChemistry,Xiangtan

University,XiangtanHunan411105,China)

Abstract:Withahightheoreticalspecificcapacityof4200mAh/g,siliconbecomesoneofthemostattractivenewmaterialsamongtheanodematerialsforrechargeablelithiumionbatteries.However,siliconpowdersexhibitadrasticvolumevariationduringcycling,resultinginarapiddeclineofcapacity,andthusleadingtoapoorcyclicperformance.Inordertosolvethisproblem,manymethods,suchasmulti-phase-doped,surfaceetched,siliconcompounds,andcarbon-dispersedsiliconcompositewereusedtoimprovethematerials'electrochemicalperformances.Theeffectsofthesemethodsontheirelectrochemicalcharacteristicswerereviewed.Andvariousimprovementmethodsweregivenbriefly.

Keywords:Li-ionbatteries；anodematerials；nano-silicon；Sithinfilm；siliconcompounds由于石墨具有放电电压低而平、循环性能好等优点，已经（质量比广泛应用于商业锂离子电池。但其理论比容量较低容量372mAh/g，体积比容量830Ah/L）[1]，高倍率充放电性能差，有机溶剂易于共嵌入。因此，随着动力锂离子电池的开发，人们开始致力于新型负极材料的研发。其中，硅可以与锂形成Li12Si7、Li13Si4、Li7Si3、Li22Si5等合金，具有高容量（Li22Si5，最高4200mAh/g）[2]、低脱嵌锂电压(低于0.5V)、与电解液反应活性低等优点成为研究热点。然而，硅基负极材料在充放电过程中伴有较大的体积变化（体积膨胀大于400%）[2]，产生硅粒破裂和粉化现象，导致导电网络与硅粒子之间发生分离，内阻突然增加，容量快速下降，循环性能变差[1]。针对上述问题，近年来研究者们提出了各种改进方法，如多孔单质硅粒的制备、硅粒表面处理、硅薄膜化、硅化物的多相掺杂等。本文综述了近年来硅基负极材料的改性研究方法以及改性后对硅基材料的电化学性能影响状况。

2008-07-15收稿日期：

基金项目：湖南省自然科学基金项目(NO06JJ4093)；湘潭市科技局(06KH01041)资助项目

作者简介：赵铁鹏（1982—），男，陕西省人，硕士，主要研究方向为应用电化学。

Biography:ZHAOTie-peng(1982—),male,candidateformaster.

gaod@http://doc.xuehai.net联系人：高德淑，

1纳米单质硅粉的表面改性

1.1纳米多孔硅的制备

单质硅粒之间导电性能较差，为了提高硅粒间的导电性能，ChenJun等[3]制备了巢形（见图1）和盘绕形（见图2）硅纳米微球。比表面积高达386m2/g。电化学性能测试发现巢形硅纳米微球48次循环后容量保持在1095mAh/g。

1.2表面包覆金属

由于硅在充放电过程中体积膨胀较大，硅粒子脱离导电网络导致可逆容量下降和循环性能变差。为了提高纳米硅粉

图1巢形硅纳米微球的SEM照片

Fig.1SEMofnest-likeSinanospheres

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2009.1Vol.33No.1

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