锂离子电池硅基负极材料研究进展

锂离子电池硅基负极材料研究进展

第34卷　第3期电　　　池

Vol.34,No13

锂离子电池硅基负极材料研究进展

孙杨正,廖小珍,马紫峰

(上海交通大学化学工程系,上海　200240)

摘要:负极材料是近年来锂离子电池的研究重点之一,硅材料及含硅材料由于具有比容量大等优点,引起了关注。主要介绍了近来硅及含硅材料作为锂离子电池负极材料的研究现状,包括硅单质、硅的氧化物以及硅的金属和其他非金属化合物;分析了硅材料作为锂离子电池负极材料存在的问题;讨论了硅材料作为锂离子电池负极材料的研究前景。关键词:锂离子电池;　负极材料;　硅基

中图分类号:TM91219　　文献标识码:A　　文章编号:1001-1579(2004)03-0194-02

ResearchprogressinsiliconbasedanodematerialsforLi2ionbatteries

SUNYang2zheng,LIAOXiao2zhen,MAZi2feng

(DepartmentofChemicalEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,China)

Abstract:AnodematerialsforLi2ionbatterieshadbeenstudiedworldwideinrecentyears1Siliconandsiliciccompoundshadbe2

ingstudiedasanodematerialsduetotheirhighcapacity1However,thecyclicperformanceofsiliconbasedmaterialsneedtobeim2proved1ResearchprogressinthesiliconbasedanodematerialsforLi2ionbatterieswerereviewed,theproblemsandprospectsforthismaterialswerealsodiscussed1

Keywords:Li2ionbatteries;　anodematerials;　siliconbased

　　研究较多的锂离子电池负极材料是碳素材料,包括石墨、焦炭和非石墨化碳如CMS(中间相碳微球)[1]。为开发具有更高容量的负极材料,对硅以及一些可以同锂形成合金的元素,如铝、硒和锡等都进行了研究

[2-3]

S1Bourderau等[5]用CVD法,在多孔镍箔表面覆盖一层112μm

厚的无定形硅薄层作为锂离子电池负极,容量可达到

1000mAh/g,但是循环性能差,10次循环后,容量衰减到400mAh/g。H1Li等[6]对几种纳米硅,包括球状纳米硅、线形纳米

。硅材料及含硅材料相对于

其他材料具有高的比容量,是理想的负极材料。单质硅及其氧化物,硅的其他非金属化合物以及硅的金属化合物是目前研究最多的硅材料,在获得高容量的同时,如何提高硅基负极材料的循环性能,是现在的一个研究重点。

本文作者主要介绍了硅基锂离子电池负极材料的研究现状;分析了硅基锂离子电池负极材料存在的问题(主要是循环性能);讨论了硅基材料作为锂离子电池负极材料的应用前景。

硅作为锂离子电池负极材料作了研究,采用XRD、Raman光谱和电镜等测试手段发现:常温下锂离子的嵌脱会破坏纳米硅的晶体结构,生成亚稳态的锂和硅的化合物,还观察到纳米硅颗粒发生团聚,使其体积变化,导致电池循环性能下降。

单质硅作为锂离子电池负极材料可以达到很高的初始容量(1000mAh/g以上),但其循环性能差。改变制备条件,调整单质硅的微观结构,是提高其循环性能的关键。

112　硅的氧化物

J1Yang等[7]研究了几种硅的氧化物,包括SiO018、SiO、SiO111,作为锂离子电池负极材料,发现:随着硅的氧化物中氧含

1　硅及其非金属化合物

111　硅

锂与硅反应可得到不同的产物,如Li12Si7、Li13Si4、Li7Si3和

Li22Si5等[4],纳米硅具有高理论比容量(4000mAh/g)和一定的

量的增加,电池比容量降低,但是循环性能提高;随着氧化物颗粒减小到30nm以下,在电池充放电过程中会发生颗粒间的粘接,使得循环性能降低。

循环性能,可以作为一种理想的锂离子电池负极材料。作者简介:

孙杨正(1978-),男,山东青岛人,上海交通大学化学工程系硕士生,研究方向:锂离子电池电极材料;廖小珍(1968-),女,福建沙县人,上海交通大学化学工程系讲师,研究方向:锂离子电池电极材料;

马紫峰(1963-),男,浙江东阳人,上海交通大学化学工程系教授,博士生导师,研究方向:锂离子电池电极材料。

基金项目:国家科技部973项目(2002CB211800),国家自然科学基金(20206016),上海市国际合作基金(025207021)联合资助项目

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