锂离子电池纳米硅/碳复合负极材料的研究

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近年来,硅材料因其高的比容量(4200mAh/g)、低的脱锂电位(0.6V)以及储量丰富等优点而被认为是下一代锂离子电池极具前景的负极材料,受到了广泛的关注。然而,硅负极材料实际应用必须解决两大关键性问题,一是硅颗粒在脱嵌锂时伴随着巨大的体积膨胀和收缩,从而导致颗粒和极片产生裂纹,进而脱落引起活性物质逐渐失效;二是硅颗粒表面不稳定和电子绝缘的SEI的持续生长。很多研究小组努力尝试从减小颗粒尺寸、表面修饰、形貌设计、SEI膜调控、粘接剂、导电添加剂、集流体等方面来改善硅负极材料的性能。我们特别针对这两大问题进行了相关的研究。首先,我们利用具有精细结构的纳米锥型硅对SEI进行研究,这种结构在循环中具有稳定的电极结构,非常有利于对SEI的表征,研究发现在25个循环以后出现了5微米的SEI膜;同时对SEI膜在循环过程中生长模式进行了研究;从实验上证实了SEI膜是离子导通电子绝缘的。在硅负极材料应用方面,我们从SEI膜调控,表面修饰以及新型粘接剂等方面考虑与设计,开发出了10公斤级的碳硅复合材料,首周效率高于85%,200周循环容量保持大于90%。
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