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 赵铁鹏，高德淑，李朝晖，雷铜铁，周姬 (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，南湘潭 4 15)湘湖 1 0 1 摘要：离子电池硅基负极材料由于理论容量较高 ( 0 锂 42 0mAhg)成为最具吸引力的新一代负极材料。然而。在充/,硅放电过程中体积变化较大，起电池容量的快速衰减，而导致电池的循环性能变差。为解决此问题，面处理、相引从表多掺杂、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展，对各种改性方法进行了简单的评述。并 关键词：离子电池；锂负极材料；米硅；薄膜；化物纳硅硅中图分类号：M 1 T 92文献标识码： A文章编号：0 2 0 7X 2 0 )1 0 6— 4 1 0— 8 (0 90— 0 5 0

I r v m e t r g e so eSi s dm ae il o i i m -o at re mp o e n o r s ft — e t ra sf rl h u n b te is p h— ba t i ZHA O e p ng Ti— e,GA O—hu De s,LIZh o—,LEIGa g—i ZHOU i a hui n te, J

( yL b rtr f n i n nal r n l h mi r dAp l ain f ns y o E u ain C l g f h mi r, a ga Ke a oaoy o E vr me tl F i dyC e s y a p i t so Mii r f d c t, ol eo C e s y Xi tn o y e t n c o t o e t n

U iesy Xin t nn4 15 C ia nvri, aga Hu a 1 0, hn) t n 1

Ab ta t W i ih te rt a p cf a a i f4 2 0 mAhg, sl o e o so e o h s t a t e n w src: t a hg h oe i l e ic c p ct o 0 h c s i y/ ic n b c me n f e mo t t c i e i t a r v ma e il mo g t e a o e ma e il o e h r e b e lh u i n b t r s Ho v r sl o o e s

e h bta d a t t r sa a n h n d t r s f r c a g a l t i m a t i . we e, ic n p wd r x i i r s i a r i o e e i c v l me v r t n d r g c ci g r s ln a i e l e o a a i, n h s la i g t o r y l e o ma c o u a i i u i y l, e ut g i a r p d d c i f p ct a d t u e d n a p o ci p r r n e. ao n n i n n c y o c c f I r e o v h s p o lm, n o d r o s le t i r be t ma y m e h d, u h a ut h s— O e s ra e e c e s l o o n t o s s c s m I—p a e d p d, u c t h d, i n c mp u d, n l f i c o ns a d

c ro— ip re i o o o i r s dt mp o et e mae il‘ lcrc e c l e om a c s Th f cs a b n ds e s dsl nc mp st we e u e o i rv h t r s ee to h mia r r n e . i c e a pf e e e t o h s t o s o h i ee t c e c I h r c e it s we e r v e d An a iu mp o e ft e e me h d n t e r lc r h mi a a a t r i r e iwe . o c sc d v r s i r v me tme h d r o n t o s we e gv n b if . ie r l e y

K yw rs L—o a eis a o emaeil:a o slo; ih l slo o o n s e od: iinb t r:n d tr s n n— i n S i f e a i c tn i m;i nc mp u d i c 南于石墨具有放电电压低而平、循环性能好等优点，经已

1纳米单质硅粉的表面改性 11纳米多孑硅的制备 . L 单质硅粒之间导电性能较差，了提高硅粒间的导电性 为能， h nJn等【备了巢形 (图 1和盘绕形 (图 2) C e u 3 j制见 )见硅纳米微球。比表面积高达 3 6m2。电化学性能测试发现巢形 8/ g硅纳米微球 4 8次循环后容量保持在 1 9 Ahg 5m/。 0

广泛

应用于商业锂离子电池。但其理论比容量较低 (质量比容量 3 2mA/, 7 hg体积比容量 80A/…高倍率充放电性 3 hL), 能差，机溶剂易于共嵌入。因此，着动力锂离子电池的开有随发，们开始致力于新型负极材料的研发。其中，可以与锂人硅

形成 L i LIi L s L 等合金，具有高容量 ( iS, j i i i is s、 3、、 s L i 最高 42 0mA/ 、脱嵌锂电压 (于 05V)与电解液 0 hg)低低 .、 反应活性低等优点成为研究热点。而，基负极材料在充放然硅

12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

电过程中伴有较大的体积变化 (体积膨胀大于 4 0 )]产 0%, 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…。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、粒表面处理、薄膜化、硅硅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。 收稿日期：0 8 0— 5 20— 7 1基金项目：南省自然科学基金项目 ( 6 J 0 3;潭市科湖 NO 0 J 4 9 )湘技局(6K 1 4 ) 0 H 0 0 1资助项目 作者简介：铁鹏 ( 9 2 )男，西省人。士，要研究方向赵 1 8一，陕硕主为应用电化学。

B ga h:H O Te p n (9 2 ) a, n i t r s r i r y A i e g 1 8 -, l c d aef t . o p Z - m ea d o ma e 联系人：德淑 .a d t.d .a高 g o@xue uc

图 1巢形硅纳米微球的 S M照片 E Fi 1 g. SEM fn t l eSi an s e e o es-i k n o ph r s

65

2O09. V0 3 N0. 1 I3 1

第1页下一页