鋰離子電池硅、硅-釔薄膜負極材料的制備及電化學性能研究.pdf

1、電動汽車和化學儲能技術的發(fā)展對高性能鋰離子電池提出了越來越高的要求。在負極材料方面，目前商業(yè)化的鋰離子電池主要采用石墨類碳負極材料，但因其低的理論比容量(LiC6，372 mAh·g-1)還不能滿足發(fā)展的要求，研究者一直致力于尋找開發(fā)新型的高容量負極材料。其中Si負極材料因具有較高理論比容量(Li22Si5，4200 mAh·g-1)而備受關注。但是，硅在嵌/脫鋰過程中存在較為嚴重的體積效應，容易導致材料的結構崩塌和剝落以致失去電接觸，

2、從而造成電極的循環(huán)性能急劇下降。
　　 本文采用泡沫銅作集流體、通過磁控濺射法制備了非晶硅和硅-釔復合薄膜，并對薄膜電極的電化學性能進行初步探討，研究內容包括：⑴通過SEM、TEM、XRD、Raman等表征手段對制備的非晶硅薄膜進行形貌、結構和組成的表征。并考察了濺射功率和基底溫度對樣品形貌及電化學性能的影響。實驗結果表明，該方法制備的非晶硅薄膜表現(xiàn)了較好的電化學性能。當制備工藝參數(shù)為射頻功率50W、濺射時間1 h、基底溫度30

3、0℃時制備的樣品性能最佳。以0.2 C倍率、充放30次之后放電容量為2900mAh·g-1，表現(xiàn)了較高的可逆容量和較好的電化學循環(huán)性能。采用循環(huán)伏安法測定鋰離子在硅薄膜中的擴散系數(shù)為2.36×10-9cm2·s-1。⑵為進一步改善硅的循環(huán)性能，制備了硅-釔分層復合薄膜電極材料，并研究不同厚度的釔薄膜對復合電極材料的電化學性能的影響。實驗結果表明，Y/Si/Y/Si的復合薄膜結構可以有效改善硅的電化學性能，可以很好地保持電極結構的穩(wěn)定性。