鋰離子電池Si/C/CNT負極材料制備及電化學性能研究

趙俊豪

（合肥工業大學化學與化工學院，安徽合肥230009）

當代社會，環境保護以及可持續能源的利用已成為人們關注的焦點問題，環境污染和傳統化石能源緊缺促使綠色可再生的新能源技術快速發展，近年來也帶動了混合電動車和純電動車等新能源交通運輸工具領域的迅速發展[1]。因此，高能動力型鋰離子電池的發展迫切需要尋求高容量、長壽命、安全可靠的新型負極材料。

硅材料由于其比容量高、電壓低和儲量豐富而成為新一代鋰離子電池負極材料之一，其在室溫下可形成Li15Si4合金，理論容量可達3590 mAh g-1[2]，是石墨（理論比容量只有372 mA h g-1）的十倍；而在高溫下形成Li22Si5合金時，理論容量可增高到4200 mA h g-1[3]；其次,硅負極材料具有非常適合的工作電壓（～0.4VvsLi/Li+）[4]，完全可以避免電池過度充電而產生鋰沉積的安全問題。然而,由于大量鋰離子嵌入硅的晶格，造成了超過300%的巨大體積膨脹，在體積變化過程中導致顆粒破碎，與集流體脫落而失去良好的電接觸性[5]。由于這種體積效應，無法形成穩定的固體電解質界面（SEI）膜，增加了離子和電子進出受阻，加劇了硅的腐蝕，最終導致了容量衰減[6-7]。此外，硅作為一種半導體，導電性差也導致了材料的倍率性能較差[8-10]。

本文首先通過多巴胺的熱解碳化包覆納米硅，然后在電極制漿過程中加入碳納米管（CNT），制備得到形貌均勻的Si/C/CNT負極材料，在此材料中利用熱解碳和CNT的雙重效應抑制硅的體積變化，減緩了硅材脫/嵌鋰過程中的粉碎化，展現出了優異的電化學性能?！?br>