Vol. 36 高等学校化学学报 No. 2 2015年 2月 摇 摇 摇 摇 摇 摇 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES摇 摇 摇 摇 摇 摇 368 ~374 摇 摇 doi: 10. 7503/ cjcu20140482 高容量锂离子电池核壳型硅 /碳 复合电极材料的制备与性能 王存国 ,潘摇璇 ,张摇雷 1 ,朱孟康 , 李德凯 ,刁玲博 ,李伟彦 (1.青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室, 山东省橡塑材料与工程重点实验室,青岛 266042; 2.山东招金地质勘查有限公司,烟台 265400) 摘要摇通过自组装方式采用一步法制备了锂离子电池硅碳复合电极材料 .使用 X射线衍射仪(XRD)、透射 电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)等对样品结构进行表征 .结果表明,聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)包 覆的纳米硅颗粒(Si@ PVP)均匀嵌入到具有三维网络纳米孔结构的导电石墨化炭黑 (GCB)骨架中,形成核 壳复合型(Si@ PVP鄄GCB)纳米颗粒,既提高了该复合电极材料的导电性能,又改善了材料的机械强度.在纳 米级 GCB颗粒内部存在的中空石墨环结构和包覆在纳米 Si颗粒外面的 PVP包覆层都有效缓冲了纳米 Si颗 粒在充放电过程中较大的体积变化,从而使纳米 Si颗粒更加稳定 .电化学测试结果表明 , Si@ PVP鄄GCB电 极材料在电流密度为 50 mA/ g时,经过100次循环后其可逆容量仍达到545 mA·h/ g时,远高于商品化的石 墨微球(GMs)电极材料的容量(理论容量为 372 mA·h/ g). 关键词摇聚乙烯吡咯烷酮;纳米硅;炭黑;核壳结构电极材料;锂离子电池 中图分类号摇 O646. 21 摇 摇 摇 摇文献标志码摇 A 锂离子电池(LIB)在可移动电子设备能量存储及电动汽车(EVs)动力电源等方面发挥着越来越重 要的作用.现阶段商业化的负极材料,如石墨化碳微球(GMs)和中间相碳微球(MCMB)等由于理论容 量偏低,不能满足日益增长的高性能、大容量锂离子电池发展的需要[1 ~3].因此,研发高能量密度、长 循环寿命的高性能锂离子电池及其电极材料具有重要意义 [4 ~7] 在锂离子电池电极材料中,合金类型的负极材料(Si, Ge, Sn, Al, Sb等)由于具有高容量而受到 了研究者的关注.其中,硅材料由于具有极高的理论容量(4200 mA·h/ g)、较低的电压平台(~0郾 5 V, + [8,9] Li/ Li )以及丰富的矿藏储量而成为新的研究热点 .但是其在锂离子脱嵌过程中存在着大于 400% 的体积变化,在充放电过程中容易发生电极材料脱落现象 ,从而影响 Si电极材料的循环寿命 ;另外, Si材料本身的导电性较差,影响其快速充放电性能[10 ~12] 为了解决 Si材料的这些不足,人们将研究重点转移到纳米结构硅材料 [13 ~16] 及硅复合材料 [17 ~20] 上. Wu等 [21] 通过模板法制备了以硅纳米颗粒(SiNPs)为核、导电碳为包覆层的纳米级核壳硅碳复合 材料来改善 Si本身较低的电导率及材料的结构稳定性.另外,一些导电聚合物[如聚噻吩(PS)、聚苯 胺(PAN)等] [22 ~25]也被用来制备聚