锂离子电池硅/碳复合负极材料研究进展

硅/碳复合负极材料在解决碳容量低的同时缓解了硅的体积效应,近年来已成为研究热点,而碳材料会影响复合材料的结构以及电化学性能。综述了近年来硅碳复合材料研究领域的一些最新进展以及研究热点,以及材料的制备方法和优缺点,并展望了其未来的发展方向。

硅/石墨负极中硅的体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响

将电阻率为1Ω·cm、0.1Ω·cm、0.01Ω·cm、0.001Ω·cm的n型掺杂硅片以及电阻率为1Ω·cm、0.001Ω·cm的p型掺杂硅片球磨制成6种硅粉,并分别将其与石墨按照5∶95的质量比进行混合,用作锂离子电池负极材料并制成扣式电池,通过电化学阻抗谱和倍率性能测试来研究硅材料体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响规律。结果表明,硅材料体电阻率越低,其储锂容量越高,倍率性能越好。电阻率相同时,n型掺杂硅始终比p型掺杂硅具有更大的储锂容量和更好的倍率性能。但是,当p型掺杂硅的电阻率远低于n型掺杂硅时,p型掺杂硅电化学性能更佳。另外,0.001Ω·cm的n型掺杂硅样品具有最佳的充放电比容量和倍率性能,其首次充放电比容量分别为457.7mAh·g^(-1)和543.4mAh·g^(-1)。

沥青基软碳材料对硅负极锂离子电池性能的影响

以沥青为软碳原料(质量分数为10%、20%、30%、50%),通过高温热解法成功合成了不同软碳含量的碳/硅(C/Si)复合材料。实验结果表明,软碳材料的引入能有效抑制Si基材料的体积效应和提高其电子电导率,从而在极大的改善负极材料循环性能的同时,还提高了其比容量。其次,通过系统研究不同C含量的C/Si复合材料性能,发现最佳的沥青加入量为20%。该条件所合成样品具有高达2356.7mA·h·g-1的首次充电比容量和86.6%的库伦效率。经过50次循环后依然有726.4mA·h·g-1的充电比容量,远高于工业化石墨负极材料,应用前景广阔。本研究还详细研究和讨论了软碳材料的形成机制以及不同软碳含量对材料形貌的影响。