锂离子电池负极硅基材料

嵌入型硅/碳复合材料制备过程：
预氧化Si纳 米颗粒
超声1h 水
氧化石墨烯悬浮液
搅拌1h
Ar 10%H2
700℃,1h
过 滤
干 燥
Si/石墨烯复合材料
Si/GO膜
(d)(d)
(e)
(a), (b), (c): TEM. (d): SEM. (e):电化学性能
双墙硅纳米管
设计思路：
SiOx@Si双墙纳米管的合成
锂离子电池负极硅基材料
组员： 王国鹏SA12014013 曾文聪SA12014014 孟钰清SA12014015 谢冰星SC12014066
目录
1
第一部分 背景介绍
2
3 4
第二部分 制备方法
第三部分 总结 第四部分 参考文献
背景介绍
锂离子电池负极材料
锂离子电池的负极材料主要作为储锂的主体，在充放电过程中实 现锂离子的嵌入和脱出。现在一般使用石墨作为负极，容量较低，首 次充放电效率低，有机溶剂共嵌入等不足。所以人们开始开发其他高 容量的非碳负极材料。
硅基材料
Al C Si Li
0 1000 2000 3000
2235 372 4200 3600
4000 5000
理论质量比容量 mA· h/g
硅作为负极材料的理论比容量高达4200mA· h/g。主要是因为硅锂可形成 Li12Si7、Li7Si3、 Li22Si4 等。但实验表明硅在脱嵌锂过程中有300-400%的体积 变化，致使活性材料裂化和粉化，导致活性材料损失，造成循环寿命衰减。此 外硅的导电性较差。
200次
200次
2000次
a-c：纳米线。d-f:纳米管 g-i:双墙硅纳米管
A
B
C
总结：
从研究现状可看出，近年在硅作为锂离子电池负极材 料的研究方面已经取得巨大的进展，硅基材料可望作为第 二代锂离子电池的负极材料。仍然存在很多问题。至今还 没有商业化的产品。
应用方面：
参考文献
[1] Science 279，208-211(1998)
vls激光烧蚀法制备硅纳米线
设备：
1.激光源 2.聚光器 3.石英管 4.管式炉 5.冷却手指 6.通气设备
机理：
A
B
C
D
A、B：充电前后SEM 。
C、D：电化学性能。
2、硅/碳复合材料
硅/碳复合材料
嵌入型
包覆型
Hale Waihona Puke Baidu
分散型
核壳型硅/碳复合
多孔型硅/碳复合
纤维型硅/碳复合
优点：1.使得硅颗粒很好的分散开来 2.提高电导率 3.提高循环能力
[2] Nature nanotechnology 3，31-35(2008)
[3] Chemical communications 46，2025–2027(2010) [4] Nature nanotechnology 7，310-315(2012)
解决办法
改善硅电极材料的方法： （1）Si的纳米化。 （2）Si-C复合材料。 （3）Si合金和 Si非金属化合物及其复合材料。 （4）粘结剂和电解液的改进。
二、制备方法
硅的纳米材料
球壳
薄膜
纳米结构
纳米管
纳米线
硅纳米线
纳米线的优点： 1.纳米线能容纳大 的体积变化。 2.纳米线都和集流 体接触使得所有纳 米线都对电容有贡 献。 3.纳米线有利于电 荷输运。 4.不需要添加导电 物质，减轻重量。