论文部分内容阅读
硅材料具有最高的理论比容量（～4200mAh/g）和较低的充放电电位以及丰富的储量而被认为最有望取代传统的石墨电极材料,成为下一代新型大容量锂离子电池负极材料。然而在充放电过程中,硅材料存在巨大的体积效应（～300%）,容易导致电极材料破碎粉化,从而使得容量迅速衰减、循环稳定性下降,进而限制了其商业化的应用。由于纳米多孔Si材料的多孔结构能够有效的缓解硅的体积效应以及缩短锂离子传输路径,可以提高硅负极材料的循环稳定性和快速充放电能力而成为了研究的热点。相对于传统的纳米多孔Si材料的制备工艺,本文以天然具有纳米多孔性的稻壳为原料,制备的纳米多孔Si,具有工艺流程短、产率高、成本低廉的优势。为了获得最佳的纳米多孔Si的制备工艺参数,本文探讨了稻壳的热解温度、镁热还原反应过程对纳米多孔Si材料的孔结构、微观形貌及电化学性能的影响规律和机理。为进一步提高纳米多孔Si的库伦效率和循环稳定性,分别利用化学溶液腐蚀法和溶胶凝胶法制备了Si/Ag和Si/TiO2复合材料,并探讨了微观形貌和电化学性能之间关系,具体内容包括：（1）纳米多孔Si材料的制备。以稻壳原料为获得了纳米多孔Si材料的最佳制备工艺参数,即SiO2/Mg粉的质量比为1：0.88,还原温度为650℃,升温速率为1℃/min,保温时间为5h。所制备的纳米多孔Si材料的比表面为252.85m2/g,孔容为1.06cm3/g,平均孔径为20.13nm。其电化学性能测试表明,在10OmA/g的电流密度下,首次放电比容量高达3051mAh/g,首次库伦效率为59.19%,在200mA/g的电流密度下,在经过100次循环后放电比容量仍为858m Ah/g。在倍率性能测试中,在2A/g的电流密度下仍然可以保持547.6mAh/g的比容量。（2）利用AgNO3和HF的混合溶液以及TiO2溶胶凝胶法制备了Si/Ag和Si/TiO2复合材料。其电化学性能显示,对于Si/Ag复合材料其首次库伦效率有了较大幅度的提高但循环稳定性衰减较快,对于Si/TiO2复合材料其首次库伦效率不高但循环稳定性表现则十分优异,并分析了电化学性能和微观形貌之间的关系。