硅基锂离子电池负极材料详解.pdf

!#$% ( )*%+,- 化 学 进 展 !#!$%()* +,- $(%$(( 硅基锂离子电池负极材料 ! 牛!津!张!苏!牛!越!宋怀河 !! !陈晓红!周继升 !北京化工大学 化 工 资 源 有 效 利 用 国 家 重 点 实 验 室 材 料 电 化 学 过 程 与 技 术 北 京 市 重 点 实 验 室 ! 北 京 $### 摘!要!硅是目前已知比容量!(## S6=*Rc$ 最高的锂离子电池负极材料$但由于其巨大的体积效应! k *##Y $硅电极材料在充放电过程中会粉化而从集流体上剥落$使得活性物质与活性物质#活性物质与集流 体之间失去电接触$同时不断形成新的固相电解质层! LWV $最终导致电化学性能的恶化% 本文介绍了硅作 为锂离子电池负极材料的储能及容量衰减机理$总结了通过硅材料的选择和结构设计来解决充放电过程中 巨大体积效应的相关工作$并讨论了一些具有代表性的硅基复合材料的制备方法#电化学性能和相应机理$ 重点介绍了硅炭复合材料% 另外$介绍了一些电极的处理方法和其提高硅基负极材料电化学性能的可能机 理% 最后$对硅基负极材料存在的问题进行了分析$并展望了其研究前景% 关键词!锂离子电池!负极材料!硅基材料 中图分类号!2+$*3%2+(+3$%4-$3+!文献标识码! 6!文章编号! $##%78$9##$%$#7$%7$+ K/)/1#PD+%$!#$%2(%0/)+-#0G/(,/4HPV#D((%0/%+! J-#!%0#$ 7!J3.!7,#$ ;0.!!!/.#)0,,#$!%, -K.#$ # :-+Y+38-9(-(3(52!+,1*-7^+0(A*+U.)1.++1.) H+1W1.) Y+38-9(-(3(5U7+*(*!+,1*-7/(*+00 -. ?+*!.(7()3 5(;-+1-70 H+1W1.) .1=+013(52!+,1*-7?+*!.(7()3 H+1W1.) $### 2!1.-$ !5+(01(! :171*(. !-0!+!1)!+0!+(+1*-7*-#-*13 # (## ,D!) c$ $ %!+.A0+-0!+-.(+,-+1-75( 71!1A,C1(. 9-+1+0HA!+0+=++=(7A,+*!-.)+# k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