碳热还原原位合成锂离子电池硅_碳复合负极材料研究.pdf

第27卷第5期无机化学学报Vol．27No．5
2011年5月CHINESEJOURNALOFINORGANICCHEMISTRY898-902

碳热还原原位合成锂离子电池硅/碳复合负极材料研究

张鹏昌1杨学林＊,1余德馨1石长川1温兆银2
(1三峡大学机械与材料学院，宜昌443002)
(2中国科学院上海硅酸盐研究所，上海200050)

摘要：以一氧化硅和蔗糖为原料，通过高能球磨和后续热解原位制备硅/碳复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)和高分辨透射电
子显微镜(HRTEM)对其进行了表征，得到的纳米(小于50nm)硅颗粒均匀地分散于无定形碳基体中。复合材料电极电化学测试
显示，循环50次其可逆容量仍保持在650mAh·g-1以上，平均每次容量衰减率仅为0.27%。优异的电化学性能主要归因于原位
生成的纳米硅颗粒处于无定形碳基体中对其体积变化具有良好的缓冲作用及纳米硅颗粒周围的石墨相对于导电性的改善。

关键词：硅；蔗糖；原位碳热还原；锂离子电池
中图分类号：O613.72；TM912.9文献标识码：A文章编号：1001-4861(2011)05-0898-05

SynthesisofSilicon/CarbonCompositeAnodePreparedbyin-situ
CarbothermalReductionforLithiumIonBatteries

ZHANGPeng-Chang1YANGXue-Lin＊,1YUDe-Xin1SHIChang-Chuan1WENZhao-Yin2
(1CollegeofMechanicalandMaterialEngineering,ThreeGorgesUniversity,Yichang,Hubei443002,China)
(2ShanghaiInstituteofCeramics,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200050,China)

Abstract:Silicon/carboncompositeshavebeensuccessfullysynthesizedviahigh-energymechanicalmillingand
followingpyrolysisofsiliconmonoxide/sucrosemixture.X-raydiffraction(XRD)andhigh-resolutiontransmission
electronmicroscopy(HRTEM)areusedtoevaluatethecomposite,indicatingthattheobtainednano-sized(lessto50
nm)crystalsiliconparticlesarehomogenouslydispersedincarbonmatrix.Thecyclingperformanceofthe
compositesisexcellent,andreversiblecapacityis650mAh·g-1after50cycleswithaveragecapacityfadingratioof
0.27%percycle.Smallabsolutevolumechangesofin-situformednano-siliconparticles,betterbufferingeffectof
carbonmatrixandenhancedelectricalconductivityareresponsibleforthesuperiorelectrochemicalperformance.

Keywords:silicon;sucrose;in-situcarbothermalreduction;lithiumionbatteries

2009年哥本哈根气候大会使人们更加意识到电位理想而成为研究热点，但其在充放电过程中的
清洁能源的重要性。锂离子电池以其优越的性能已体积变化会加速容量衰减。通过减小硅颗粒尺寸[1]、
成为手机、笔记本电脑和数码相机等便携式电子产制备硅基薄膜[2-3]、将硅分散于一种活性/非活性基体
品的主导电源，将逐步拓展为电动汽车(EV)和混合中[4-6]、碳包覆[7-10]以及通过控制硅颗粒的形貌如纳米
电动汽车(HEV)用电源。目前锂离子电池负极材料线[11-12]、纳米管[13]、巢形纳米球[14]、多孔硅[15]等均能改
是改性天然石墨和人造石墨，其理论比容量只有善其电化学性能。通过化学反应原位合成纳米硅并
372mAh·g-1，因此人们一直在寻找新型高比容量负将其分散在缓冲基体中形成复合材料则能在抑制绝
极材料。单质硅因比容量高(4200mAh·g-1)、嵌脱锂对体积变化的同时显