亓　鹏等:锂离子电池用硅 /石墨/碳复合负极材料的电化学性能 ６５７ 锂离子电池用硅/石墨/碳复合负极材料的电化学性能 亓　鹏,朱　丁,陈云贵 (四川大学材料学院 ,四川成都 ６１００６４) 摘　要:　采用湿法混料及高温热解法制备了锂离子 电池用硅/石墨/碳复合负极材料,并研究了不同配方 的复合材料结构及电化学性能.研究发现, 硅含量为 ２０％(质量分数 )时,复合材料首次可逆容量为 一定量热解前驱物聚氯乙烯 (PVC)的四氢呋喃 THF)溶液中 ,磁力搅拌 ２h,并超声分散１h. 混合物 溶液放于通风橱中适当加热,待 THF完全挥发,将固 化后的材料转移至氩气保护的真空管式炉中,以 ８６５mAh/g,循环 ３０次后仍为 ７５７mAh/g,容量保持率 ２．５℃/min的升温速率升温至 ９００℃,保温 ２h,随后自 可达 ８８％,大大改善了硅基材料作为锂离子电池负极 然冷却至室温 .将高温热解制备的复合材料在玛瑙钵 材料的电化学性能 . 体中研细 ,备用 . 关键词 :　锂离子电池 ;硅基复合材料 ;负极 按照上述工艺条件,分别制备了４种不同组分含 量的硅/石墨/碳复合材料 (S１、S２、S３、S４,质量比分别 中图分类号 :　TM９１２．９ 文章编号 : 文献标识码 :A ) 为２０∶０∶８０、１５∶３５∶５０、２０∶３０∶５０、２５∶２５∶ ５０). １００１Ｇ９７３１２０１２０５Ｇ０６５７Ｇ０３ １　引　言 采用 DXＧ２６００型 X射线衍射仪测定材料的物相 组成 . 随着各种电子设备和电动汽车的快速发展和广泛 应用 ,人们对高容量 、长寿命电池的需求日益增长 [１,２] ２．２　电化学性能测试 石墨作为目前主要的商业化锂离子电池负极材料其理 论容量偏低,仅有３７２mAh/g[３].为了适应高容量电 池市场的需求 ,人们开始积极探索并开发新型负极材 料,其中硅材料因具有极高的储锂容量 (理论容量最高 按８∶１∶１的比例分别称取活性材料 、超导碳黑 、 聚偏氟乙烯 (PVDF),先将粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF) 充分溶解于 NＧ甲基Ｇ２Ｇ吡咯烷酮 (NMP)中配制成浓度 为１０％的粘结剂溶液 ,再将活性材料和超导碳黑加入 其中 ,超声 、搅拌使其均匀混合,从而获得电极浆料. 用涂膜器将浆料涂敷在铜箔上,１２０℃真空烘干 １２h 后,于１８MPa下充分压实,利用冲片机得到 ?１４mm 的工作电极 .以金属锂片作为负极和对电极,Celgard 可达 ４２００mAh/g)、较低的放电电压平台而备受关注. 但由于锂在硅中的反复脱嵌反应会引起严重的体积膨 胀和收缩 ,最大体积膨胀达到约 ４００％,导致材料结构 破坏 ,使电极循环稳定性急剧下降 可有效减小体积效应 ,一定程度上提高循环性能 ,但却 .目前很多研究者将纳米或微米硅均 匀分散于结构稳定的碳材料中,利用碳基体对体积膨 胀的缓冲作用来改善硅负极的循环寿命 . 复合材 料中硅碳的比例也直接影响其容量和循环性能,硅的 相对含量过高 ,碳基体的承载力有限,循环性能较差; ０．０１~１．２V.采用电化学工作站 Parstat２２７３ 在室温 [４,５] .纳米化措施虽 ２４００聚丙烯多孔膜为隔膜, /的 LiPF６/EC＋ DEC＋DMC(体积比１∶１∶１)为电解液,在充满氩气 的手套箱中组装电池 (选用扣式电池 CR２０２５ 使用武汉 Land电池测试系统对电池进行电化学 性能测试 .充放电电流密度为 ５０mA/g,电压范围为 １．０molL 极易发生团聚 [６] ). [７Ｇ９] 相对含量偏低 ,复合材料的容量则偏低 .因此 ,本文选 择合适粒径的硅粉,采用湿法混料,高温热解制备硅/ 石墨/碳复合材料 ,优化三者的组分比例,以确保复合 材料具有较高比容