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新型硅碳复合材料的制备及其电化学性能

马飞;沈龙;吴玉虎;吴敏昌;乔永民

【摘要】Silicon-basedanodematerialshavebeenwidelyconcernedforits

promisinghighspecificcapacity.SiOpowderswerefirstlycoatedwitha

layerofconformalcarbon,whichsignificantlyimprovedtheconductive

characteristicoftheparticles.Theas-obtainedSiO@C,artificialgraphite

andbindersweredispersedinsolventsatahighspeedandcomposite

particleswereobtainedbyspraydrying.Itshowsthattheelectrochemical

performanceofthematerialsobtainedfromspraydryingismuchbetter

thanthatfromphysicalmixture.Tooptimizethematerial,carbon

nanofibersareincorporatedduringthedispersionprocess;over96％

capacityretentionandabout25％capacityincreasethangraphiteare

obtainedover50cycles,whichmakesitwithapotentialcommercialvalue.%

硅基负极材料由于具有高的比容量而获得较多关注.表面包覆碳层的氧化亚硅与人

造石墨、胶黏剂在溶剂中高速分散后,用喷雾干燥的方式获得了复合材料颗粒.对比

发现,喷雾复合制备的材料性能优于物理混合方式,并通过阻抗分析初步探明了喷雾

复合方式具有优势的原因.在合成过程中加入质量分数1％的纳米碳纤维进一步优

化了硅碳复合材料性能,用该材料制成试样电池,50周循环后容量保持率96％,具有

较好的应用潜力.

【期刊名称】《电源技术》

【年(卷),期】2019(043)004

【总页数】4页(P553-555,701)

【关键词】负极材料;氧化亚硅;喷雾干燥

【作者】马飞;沈龙;吴玉虎;吴敏昌;乔永民

【作者单位】上海杉杉科技有限公司研发部,上海201209;上海杉杉科技有限公司

研发部,上海201209;上海杉杉科技有限公司研发部,上海201209;上海杉杉科技有

限公司研发部,上海201209;上海杉杉科技有限公司研发部,上海201209

【正文语种】中文

【中图分类】TM912

随着当今社会的发展，各种电子、存储设备，尤其是新能源电动汽车等都需要提升

锂离子电池比容量。目前应用最广泛的负极材料石墨理论比容量有限(约372

mAh/g)，硅具有较高的理论储锂比容量(4200mAh/g)和适中的嵌脱锂电位[1]，

因而是理想的高比容量负极材料。然而，由于在循环过程中巨大的体积膨胀效应会

导致电池容量迅速衰减[2]，硅负极材料目前还没有大规模应用。与石墨相比，硅

的导电性较差，且循环过程中其巨大的体积膨胀/收缩会导致负极颗粒与导电剂、

集流体、电解液的接触变差，锂离子无法嵌入/脱出硅活性位，容量衰减[3]。与纯

硅相比，得益于材料中硅氧化合物缓冲体系，氧化亚硅的循环膨胀效应更低，是有

望进行商业化应用的材料[4-6]。针对氧化亚硅负极的开发研究已有多年，如设计

特殊的多孔硅结构[7]、将材料进行纳米化处理[8-9]、氧含量调整[10]等方式，其

电化学性能有了明显提升。根据容量要求，一般需要将氧化亚硅与石墨进行复合以

获得更优异的性能。然而目前针对硅与石墨复合方式的研究还比较少，硅与石墨复

合后的作用机理还不明确。本文对比了将氧化亚硅直接与石墨进行物理混合、喷雾

造粒两种复合手段对所得材料电化学性能的影响，并以导电碳纤维作为掺入材料进

一步优化了体系，初步阐明了获得良好硅碳复合材料的结构要求。

1实验

1.1材料制备

SiO@C@G的合成：选用上海杉杉科技有限公司自制人造石墨(AG，粒径4～5

mm)及SiO@C(粒径3～4mm