锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势.doc

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1、....XX大学毕业论文题目锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势姓名XX教育层次大专........学号XX省级电大XX专业应用化工技术分校XX指导教师XX教学点XX目录一、………………………………………………………………4二、………………………………………………………………4三、………………………………………………………………5四、………………………………………………………………6五、………………………………………………………………6（一）……………………………………………………………6（二）……………………………………………………………7参考文献……………………………

2、……………………………7致………………………………………………………………8   ........锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势摘要:硅基负极材料因具有高电化学容量是一种极具发展前景的锂离子电池负极材料.评述单质硅、硅-金属合金、硅-碳复合材料以及其他硅基复合材料作为锂离子二次电池负极材料的最新研究成果,分析锂离子电池硅负极材料存在问题,探讨硅基负极材料的合成、制备工艺以及未来硅基材料的研究方向和应用前景.分析结果表明,通过硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等技术手段,实现硅基负极材料同时兼备高容量、长寿命、高库伦效率和倍率性能,是未来的主要发展方向.关键词:应用

3、化学;锂离子电池;负极材料;硅基复合材料。锂离子二次电池因具有比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、自放电率低、快速充电、无污染、工作温度围宽和安全可靠等优点,已成为现代通讯、便携式电子产品和混合动力汽车等的理想化学电源.在制造锂离子二次电池的关键材料中,负极材料是决定锂离子电池工作性能和价格的重要因素.目前商业化的负极材料主要是石墨类碳负极材料,其实际容量已接近理论值(372mA·h/g),因此不能满足高能量密度锂离子微电池的要求.另一方面,石墨的嵌锂电位平台接近金属锂的沉积电势,快速充电或低温充电过程中易发生“析锂”现象从而引发安全隐患.此外,石墨材料的溶剂相容性差,...

4、.....在含碳酸丙烯酯等的低温电解液中易发生剥离导致容量衰减[1].因此,寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极材料来代替石墨类碳负极,是锂离子电池发展的迫切需要.在各种新型合金化储锂的材料中,硅容量最高,能和锂形成Li12Si7、Li13Si4、Li7Si3、Li15Si4和Li22Si5等合金,理论储锂容量高达4212mA·h/g,超过石墨容量的10倍[2-3];硅基负极材料还具有与电解液反应活性低和嵌锂电位低(低于0.5V)等优点[4-5].硅的嵌锂电压平台略高于石墨,在充电时难以引起表面锂沉积的现象,安全性能优于石墨负极材料[6].此外,硅是地壳中丰度最高的元素之一

5、,其来源广泛,价格便宜,没有毒性,对于硅负极材料的商业化应用具有极大的优势.本文评述了近年来单质硅、硅-金属合金以及硅-碳复合材料和其他硅基复合体系作为锂离子二次电池负极材料最新研究成果,并对今后研究方向和应用前景作了展望.一、硅脱嵌锂时的结构变化硅电极在脱嵌锂的过程中的体积效应所造成的容量快速衰减,是其实用化进程的巨大阻碍[7-8].在电化学储锂过程中,每个硅原子平均结合44个锂原子后得到Li22Si5合金相,造成材料的体积变化可达到300%以上[9].由巨大的体积效应产生的机械应力会促进电极表面微裂纹的产生和传播,使活性物质从集流体上逐渐破裂、脱落,从而丧失与集流体的电接

6、触,造成电极循环性能迅速下降[10].另外,由于硅本身是半导体材料,本征电导率比较低,仅有6.7×10-4S/cm,故需加入导电剂来提高电极的导电性[11].为解决这一难题,人们利用纳米硅粉体作为负极材料,但研究表明,锂离子在纳米硅材料中的反复嵌入和脱出会导致硅纳米颗粒发生不可逆的电化学烧结,造成电池循环性能的急剧下降[12].........导致硅负极材料容量剧烈衰减的另一重要原因是现有电解液中的LiPF6分解所产生微量HF对硅造成了腐蚀[18].此外,由于其剧烈的体积效应造成的颗粒粉化,使得新的硅原子不断消耗Li+,导致在常规的LiPF6电解液中难以形成稳定的表面固体电解

7、质(solidelectrolyteinterface,SEI)膜,随着活性物质的粉化脱落和电极结构的破坏,新暴露出的硅表面不断与电解液反应形成新SEI膜,导致充放电效率降低,容量衰减加剧.为使硅材料具有高容量,同时兼具有良好的循环性能,目前主要通过以下3种方法来改善硅基负极材料的电化学性能:①制备硅纳米材料.一则可减小硅的绝对体积变化,另则制备非晶硅薄膜等以消除晶体硅的非均匀变形;②制备硅基合金材料.使硅与其他元素形成硅化物,以减小材料体积变化;③制备硅基复合材料.使硅与其他非金属类材料复合,通过缓冲