锂离子电池硅基负极材料研究进展.pdfVIP

第36卷 第8期 稀有金属材料与工程 Vbl．36．No．8 2007年 8月 RAREMETAL～脚ERIALSANDENGINEERn叮G 2007 August 锂离子电池硅基负极材料研究进展 赵吉诗，何向明，万春荣，姜长印 (清华大学核能与新能源技术研究院，北京100084) 摘要：本文主要介绍近年来硅及含硅材料作为锂离子电池负极材料的研究进展，包括硅单质、硅的氧化物以及硅的 金属化合物和其它硅基多元化合物；分析了硅基材料作为锂离子电池负极材料存在的问题；阐述了硅基材料作为锂离 子电池负极材料的研究前景。 关键词：硅；负极材料；锂离子电池 中图法分类号：TM912．6 文献标识码t A 文章编号：1002．185x(2007)08．1490．05 锂离子电池的技术关键在于负极，其研发工作一 直处于极为活跃的状态。其中，开发具有更高比容量、 发现，控制充电容量为400 mAh儋时，电极寿命增加 良好电化学性能的负极材料是锂离子电池研究的重要 到1500次循环，可见，降低充电容量能改善电极循环 课题。目前，已经实现商业化应用的锂离子电池负极 性能。 材料局限于以石墨为代表的碳素材料，其最大理论比 采用低真空气相沉积法在镍箔上制备的无定型硅 容量仅有372 mAh儋，已不能满足电池应用的要求 薄膜电极比容量达到1700～2200mAh／g，其首次不可 【l叫。硅及含硅材料以其高达4000 mAUg的比容量， 逆容量较低[9~11】，经过500次循环，硅膜结构完整。 被认为是一种很有前途的负极材料[45】，近几年来，硅 研究表明，电极循环性能和嵌锂容量取决于硅膜的厚 基负极的研究已有了很大进展。 度，硅膜越薄，其嵌锂比容量越高。 本文综述了硅及硅基锂离子电池负极材料的研究 进展，分析了锂离子电池硅基负极材料存在的主要问 frequencymagnetron nm 题，阐述了硅基材料作为锂离子电池负极材料的研究 和1um的非晶硅薄膜，并研究了膜厚度对电极性能的 方向及其实现产业化应用的可能性。 影响。结果表明，250nm厚的非晶硅膜具有更好的电 化学性能，经过30次循环，其比容量接近3500 mAll／g。 1 硅及其非金属复合负极材料 SEM观察显示，较薄的膜与铜箔接触更好，使得电极 1．1 单质硅 具有更小的内阻。Lee等[”]发现铜箔的表面形貌对电 锂与硅反应可得到不同的产物，如Lil2Si7，Lil3si4，极性能影响显著：表面粗糙的铜箔上沉积的薄膜电极 Li7Si3和Li22Si5等【刚。纳米硅具有高理论比容量和一具有更好的性能，经过30次循环其比容量在1500 定的循环性能，是理想的锂离子电池负极材料。但是 mAh儋以上，优于以平整表面的铜箔作为基底的电极。 硅负极在锂脱嵌过程中较大的体积效应，严重降低了 薄膜形态的单质硅负极的循环性还受到其它因素 其循环性能。为了克服体积效应，改善其循环性能， 的影响，如窗口电压和电极材料的尺寸等【14，15】。对于 研究者对薄膜形态的单质硅负极制备方法及其性能影