碳包覆硅_碳复合材料的制备与性能研究.pdf

研究与设计

碳包覆硅/碳复合材料的制备与性能研究

陈立宝1,2,谢晓华1,2,王可1,解晶莹1,2
(1.中国科学院上海微系统与信息技术研究所能源科学与技术实验室,上海200050;
2.中国科学院研究生院,北京100049)

摘要：为提高锂离子电池高容量Si/C复合负极材料的电化学性能，采用喷雾干燥法制备了核壳结构的碳包覆Si/C复
合材料。碳包覆Si/C复合材料为近球形颗粒，形貌规整，粒度分布均匀，呈正态分布，其物相结构和嵌脱锂的电化学反
应与Si/C复合材料保持一致。碳包覆后，减小了充放电过程中复合材料电极的极化，电压滞后现象得到了显著的改
善。碳包覆Si/C复合材料的最大放电比容量为512mAh/g，略低于包覆前的材料，但循环稳定性大大提高，50次循环
后的容量保持率为96!。
关键词：硅/碳复合材料；碳包覆；喷雾干燥法；锂离子电池；负极
中图分类号：TM912.9文献标识码：A文章编号：1002-087X(2007)01-0034-04

Studyonpreparationandpropertyofcarbon-coatedsilicon/carbon
composite
CHENLi-bao1,2,XIEXiao-hua1,2,WANGKe1,XIEJing-ying1,2
(1.LaboratoryofEnergyScienceandTechnology,ShanghaiInstituteofMicrosystemandInformationTechnology,ChineseAcademyof
Sciences,Shanghai200050,China;2.GraduateschoolofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

Abstract:ToimprovetheelectrochemicalpropertiesofSi/Ccompositeforlithiumionbatteryanodes,core-shell
structuredcarbon-coatedSi/Ccompositewaspreparedbyspraydryingtechnique.Carbon-coatedSi/Ccomposite
withsphere-likeparticlesexhibitsregularmorphologyanduniformparticlesizedistribution,andthematerialshows
thesamephasestructureandelectrochemicalreactionsofdelithiationandlithiationasSi/Ccomposite.Furthermore,
aftercoated,thepolarizationincharge-dischargeprocesswasreducedandvoltagehysteresiswasimproved
obviously.Thelargestdischargecapacityofcarbon-coatedSi/Ccompositewas512mAh/g,whichwasalittlelower
thanuncoatedmaterial,butthecycleperformanceimprovedsignificantly.Thecapacityretentioncanberetained
about96%after50cycles.
Keywords:Si/Ccomposite;carbon-coated;spraydryingtechnique;lithiumionbatteries;anode

由于便携式电子设备和电动汽车的快速发展和广泛应幅度下降。为克服硅的体积效应,人们普遍采用纳米结构的硅
用,对于高比能量、长循环寿命的锂离子电池的需求十分迫基复合材料来提高硅负极材料的循环性能。一方面,纳米硅粉
切。目前商品化使用的锂离子电池主要采用石墨作为负极材可以减小锂离子嵌入引起的硅颗粒的绝对体积变化,减小复
料,但是,由于石墨的理论比容量仅为372mAh/g[1,2],限制了合材料的内应力;另一方面,复合材料中的弱体积变化相可以
锂离子电池比能量的进一步提高。硅因其具有极高的理论嵌缓冲或限制硅的体积变化。采用球磨法制备的弥散型复合材
锂比容量(4200mAh/g,远高于目前其它所有的负极材料)、料,纳米硅可均匀地分散在MCMB[6]、石墨[7]、Ag[8]、TiC[9]、

[10][11]
较低的储锂电位而引起研究者的极大关注,是新型高容量储TiB2、TiN等基体中,在一定程度上提高了硅的循环性能。
锂材料的理想候选材料之一[3~5]。但是,硅