2013年第 19期(44)卷 2828 文章编号 : ( ) 1001-9731201319-2828-05 以石墨为母体的硅碳核壳复合负极材料的制备及性能研究 ? 李　敏1,2,侯贤华1,2,王　洁1,2,张　苗1,2,胡社军1,2,刘　祥 1.华南师范大学物理与电信工程学院 ,广东广州 510006 2.电化学储能材料与技术教育部工程研究中心 ,广东广州 510006; 3.南京工业大学先进材料研究院 ,江苏南京 211816) 3 ( ; 摘　要:　通过喷雾干燥和高温热解法 ,成功制备了不 同有机碳源包覆的硅碳核壳复合负极材料。用 X 低、产品纯度高 、生产效率高 、易于工业化生产等优点 。 本文采用喷雾干燥和高温热解法制备硅碳核壳复合负 极材料 ,其中以球形石墨母体为核 ,纳米硅与有机裂解 碳网镶嵌层为壳 ,该结构有利于缓解纳米硅的循环膨 胀和循环稳定性能的发挥。同时,还研究了不同有机 碳源作为包覆壳层的性能比较 。 射 线衍射 (XRD)和扫描电镜(SEM)表征了材料的组成 和形貌 ;用恒电流充放电 (CC)、循环伏安(CV) 和交流 阻抗 (EIS)表征了硅碳核壳复合材料的电化学性能 ,测 试结果表明柠檬酸、酚醛树脂和葡萄糖作为有机碳源 包覆硅碳复合材料的电化学性能相对于传统石墨材料 都有明显改善 ,而葡萄糖为有机碳源制备的硅碳核壳 复合材料具有最高的首次效率和容量保持率 。 关键词 :　锂电池 ;硅碳复合材料 ;喷雾干燥 ;电化学性 能 2　实　验 2.1　材料的制备 以纳米硅 (深圳产,固含量约为15%,简记为 Si 和球形石墨 (山东产,简记 SG)作为主原料, 聚乙烯吡 咯烷酮 ( ,简记为 PVP)作为分散剂,分别 ) 中图分类号 :　TM912.9 文献标识码 :A , aladdin AR : / 以柠檬酸 ( , ,热解碳简记为 C-1)、 酚醛树脂 aladdin AR DOI10.3969j.issn.1001-9731.2013.19.019 (广东产 ,热解碳简记为 C-2)、葡萄糖( , ,热 aladdin AR 1　引　言 解碳简记为 C-3)为碳源,通过喷雾干燥和高温热解法 锂电池与其它二次电池相比具有电压高、 能量密 度大 、循环寿命长 、环境友好等优点,目前已经广泛应 用于便携式电子产品和电动工具等领域,并有望成为 未来混合动力汽车和纯动力汽车的主要能源供给之 制备了 / m SG)∶m(Si) /核壳复合负极材料( ( SiSG C ∶m(C)=78∶17∶5)。 具体实验步骤 :称取 16g柠檬酸于烧杯中 ,加无水 乙醇溶解并搅拌 30min得到柠檬酸溶液;称取30g 纳 一 [1,2] 。负极材料是评价锂电池综合性能优劣的关键 因素之一 ,目前商品化使用的锂离子电池石墨负极材 料存在较低的理论容量( 米硅液体于另一烧杯中,加入0.5gPVP,室温下超声 1h,使其分散均匀;再称取 20gSG,加入适量无水乙 醇,高速搅拌 30min使其均匀分散 ;然后将超声后的纳 米硅和柠檬酸溶液依次缓慢倒入均匀分散的 SG浆料 中,再高速搅拌1h,得到混合均匀的浆液。 通过喷雾 372mAh/g),进一步提高其 容量的空间很小 ,远不能满足未来高容量长寿命电子 设备的需求 [3] 。 金属及合金类材料 型高效储锂负极材料体系 ,其中 ,硅因具有极高的理论 比容量( [4-6] 是近年来研究得较多的新 干燥机在一定条件(雾化器转速为