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第 15 卷 1 期第 2009 年 2 月
电化学
ELECTROCHEM ISTRY
Vol 15 No. 1 . Feb. 2009
锂离子电池硅纳米线负极材料研究
傅焰鹏, 陈慧鑫, 杨勇
3
(厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室, 化学化工学院化学系, 福建厦门, 361005 )
采用涂膜法和直接生长成膜法分别制备两种硅纳米线电极. XRD、 SEM 和充放电曲线表征、观察和摘要:
测定材料嵌锂状态过程的结构、形貌及电化学性能. 与涂膜法相比,直接生长成膜法制备的硅纳米线电极具有较高的比容量、良好的循环寿命及较好的倍率性能; 直接生长成膜法制备的硅纳米线电极,其嵌锂过程硅由晶态逐渐转变为非晶态,且其纳米线直径逐渐增大,但线状结构仍保持完好,进而防止了电极粉化和脱落.
关键词: ; 纳米线; 负极材料; 锂离子电池; 电化学性能; 涂膜法; 直接生长成膜法硅中图分类号: TM911 文献标识码: A 硅是目前发现的具有最高理论储锂容量的负极材料( 4200 mAh / g) , 其比容量远远高于石墨材料,但它的实际嵌锂量与电极上硅的尺寸、电极配方及充放电倍率等因素密切相关. 同时, 硅负极材料在高度嵌/脱锂的条件下, 还存在严重的体积效[ 12 ] 4 应(体积膨胀率> 400% ) , 从而导致材料粉化和脱落. 因此,近年来对硅负极材料的研究,主要集中在如何避免体积效应导致的电极循环性能衰[ 52 ] 10 退. 硅纳米线作为一维硅纳米材料的典型代表,与纳米颗粒材料不同,其电子的传输不必克服一连串纳米颗粒接触的界面势垒,而且这种一维结构也能有效的缓冲体积效应,因此该负极材料具有重要的潜在应用前景,但目前以硅纳米线作为锂离子电池[ 11 2 ] 13 负极材料的研究还鲜有报道. 此前作者已有硅纳米管嵌锂负极材料研究的[ 14 ] 报道,本文应用化学气相沉积法制备硅纳米线, 以此材料制备负极(涂膜法和直接生长成膜法) 研究锂离子电池的特性及不同嵌锂负极的结构和形貌.
中,在氢气气氛下,升温至 600 ℃,控温 2 h,使金膜熔聚成颗粒,降温至 480 ℃,再通入硅烷气,硅烷气和氢气流量分别为 5. 0 × 10
3 - 7
m / s,时间 3 h,降至室温, 制得附有大量黄色物质
的硅片. 刮下黄色硅纳米线, 将活性物质( 1 mg) 、导电剂乙炔黑和粘结剂 PVDF (聚偏氟乙烯) 按 85 ∶∶( by mass) 混匀, 球磨 3 h, 制成浆料, 涂敷在 5 10
Cu箔上,真空干燥制成极片.
直接生长成膜法: 以不锈钢片( 304, 厚 0. 5 mm )为基底,按照上述步骤直接沉积硅纳米线, 即得硅纳米线负极. 将上述两种电极与金属锂片、 Cellgard2400 隔膜和 1 mol/L L iPF6 的 EC /DMC ( 1 ∶ by volum e ) 1, 电解液, 在充满氩气的手套箱( MBRAUN Lab2 M ater100, Ger any)中组装 2025 扣式电池. m
2 电极性能测试及仪器
EA /MA 1110 元素分析仪(意大利卡劳尔巴公
司)专用天平(精度为±μg) 称