空间占位法制备的Si-C负极材料及其在锂电池中的应用

硅基锂离子电池在充放电过程中存在巨大的体积效应,有效抑制硅体积的膨胀以及降低硅的成本是推进硅基锂离子电池商业化应用的关键因素。以低成本的商业用微米硅、空间占位材料Al和沥青为原料,通过常温搅拌粘结、热解复合和酸处理得到空间占位法制备的3种不同碳质量比的复合电极材料,即Si-C-1-1、Si-C-1-2和Si-C-1-3。通过扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电、循环伏安法和电化学阻抗法对不同碳质量比的Si-C复合电极材料进行形貌表征与性能测试,结果表明,Si-C复合电极材料呈多孔的结构,可有效缓解充放电过程中硅的体积膨胀问题,其中Si-C-1-2复合电极材料表现出最优异的性能。Si-C-1-2复合电极材料组装为电池后,在电流密度为200 mA/g时表现出较高的首次库伦效率(84%)和首次比容量1 080 mA·h/g,循环100圈后比容量保持率为57%。

微米硅-石墨-碳负极的制备及在锂离子电池中的应用

硅作为锂离子电池负极的理论比容量是商用碳材料的10倍以上,但是其在循环过程中的巨大体积变化会导致电池负极粉化,形成不稳定的固体电解质界面(SEI)膜,从而阻碍硅负极材料的实际应用。以价格低廉的微米硅作为原材料,石墨和聚丙烯腈作为碳源,采用球磨、液相包覆和热解的方法,制备了微米硅-石墨-碳(Si-G-C)复合材料。所制备的微米Si-G-C电极表现出优异的循环稳定性能和倍率性能,在500 mA/g的电流密度下,循环100次后仍有1 000 mA·h/g的高可逆比容量,容量保持率为67.75%。即使在1 A/g的大电流密度下,其循环100次后,可逆比容量也可达到873 mA·h/g。