三維多孔硅復(fù)合材料的制備及儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、由于日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，人們急需找到一種環(huán)保綠色的新能源來(lái)代替現(xiàn)有的傳統(tǒng)化石能源。鋰離子電池作為一種綠色環(huán)保的新型能源和優(yōu)異的性能得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。大容量、高倍率、長(zhǎng)壽命、高安全性的新型鋰離子電池成為人們研究的熱點(diǎn)。
　　硅具有較高的理論比容量、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，但是硅在脫嵌鋰過(guò)程中產(chǎn)生巨大的體積變化使硅基負(fù)極材料發(fā)生破裂粉化，最終導(dǎo)致電極的循環(huán)性能較差。而三維多孔硅擁有較大的比表面積和更多的膨脹空間，這可以適應(yīng)硅在循環(huán)

2、過(guò)程中體積巨大的變化。本論文采用銳鈦礦型 TiO2和Ag對(duì)三維多孔硅進(jìn)行修飾，提高其作為負(fù)極材料使用時(shí)的循環(huán)性能、比容量和庫(kù)倫效率，對(duì)復(fù)合材料電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能進(jìn)行研究，得到以下結(jié)論：
　　1、分別用金屬助腐蝕法和腐蝕硅鋁合金法制備三維多孔硅，并且對(duì)二者的形貌和作為負(fù)極時(shí)的電池性能做了對(duì)比和研究。結(jié)果顯示，硅鋁合金粉末制備三維多孔硅有更優(yōu)異的電化學(xué)性能：首次充放電比容量為1910.8和2567.6 mAh/g，首次庫(kù)倫效率74％，10

3、0 mA/g電流密度下50次循環(huán)后比容量為430 mAh/g。
　　2、為了改善三維多孔硅循環(huán)性能，我們采用溶膠-凝膠法，以鈦酸異丙酯為前驅(qū)體制備不同 TiO2含量的三維多孔硅/TiO2復(fù)合材料；對(duì)其進(jìn)行電池性能測(cè)試，結(jié)果表明：TiO2對(duì)三維多孔硅材料電化學(xué)性能影響較大。其中，當(dāng)鈦酸異丙酯為3 ml制備的三維多孔硅/TiO2復(fù)合材料電池性能最優(yōu)：首次充放電比容量為859.7和1181.6 mAh/g，首次庫(kù)倫效率為72.8%，10

4、0 mA/g的電流密度下50次循環(huán)后放電比容量為684.4 mAh/g。
　　3、采用金屬助腐蝕法制備三維多孔硅/Ag復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料，研究了投料中硝酸銀濃度、反應(yīng)溫度對(duì)三維多孔硅負(fù)極材料的電池性能影響。結(jié)果顯示，在20℃和硝酸銀濃度為20 mmol/L條件下制備的三維多孔硅/Ag復(fù)合材料儲(chǔ)鋰性能最好;首次充放電比容量分別為1677 mAh/g和1906 mAh/g，首次庫(kù)倫效率為88%，100 mA/g的電流密度下