纳米级硅负极材料

1
硅基材料由于具有 脱/嵌锂体积变化 大，循环性能不理 想的缺点，但是硅 基材料仍然具有较 大的应用潜能，关 键在于提高其循环 稳定性。
2
纳米级别的硅电极 材料是目前广泛研 究并且效果比较理 想的方法。鉴于其 独特结构和优异的 性能，有望将其应 用于商业化锂离子 电池中。
3
通过研究各种纳米硅 的制备方法，进一步 优化材料制备工艺， 深入探讨纳米硅基材 料的电化学嵌脱锂机 制，实现具有更高容 量和优良循环性能的 纳米硅基材料的低成 本高效制备。
Company Logo
Company
LOGO

硅纳米线在倍率为20C时容量与循环次数的散点图 Company Logo
纳米硅薄膜

制备方法 及研究
硅薄膜具有无定 形结构而不是晶 体结构 ，在循环 中允许均质化的 膨胀-收缩，能 够更加有效地适 应锂的嵌入和脱 嵌过程。
Company Logo
化学气相沉积 法、物理气相 沉积法、磁控 溅射法等。
Company Logo
硅纳米线的研究

纳米线
制备成纳米线，电子传导 在1D方向进行，所有硅得 到利用，纳米线之间缝隙， 预留了膨胀空间，有效的 改善了材料的循环性能
Company Logo

通过实验比较可知 ，使用硅纳米线可 以提高锂离子电池 的容量，并且硅纳 米线能达到硅阳极 的理论充电容量， 可以保持在理论值 的75%左右，在循 环过程中衰减量很 小。
Company
LOGO
纳米级硅负极材料在锂离子电池中的应用
目录

一、研究应用
二、阳极材料的研究
三、纳米级硅负极材料
四、各种纳米级硅材料存在的缺点
五、总结
Company Logo
一、研究应用

石墨类碳材料的锂离子电池，但 其理论比容量只有372 mAh／g， 因而限制了锂离子电池比能量的 进一步提高，不能满足日益发展 的高能量便携式移动电源的需求 , 并且碳材料存在充放电容量低， 高倍率充放电性能差，在电解质 中稳定性较差等问题。
四、各种纳米级硅材料存在的缺点

纳米硅 颗粒
纳米硅 薄膜
硅纳米线 硅纳米管
粒度小表 面能大， 容易发生 团聚
薄膜厚度 不能提供 足够的活 性材料使 其商业化
所采用的 集流体质 量远大于 活性物质 硅的质量
Company Logo
五、总结

硅基负极材料的锂离子电池， 硅因其具有较高的理论比容量 （4200mAh/g）及较低的脱嵌 锂电压(对锂电压<0.5V)而备受 瞩目。
Company Logo
二料 其理论比容量只有372mAh/ g ,因而限制了锂离子电池比能 量的进一步提高,不能满足日益发展的高能量便携式移动电源 的需求,并且碳材料存在充放电容量低,高倍率充放电性能差, 在电解质中稳定性较差等问题。 2 硅材料 其理论容量达4200mAh/ g ,在目前研究的各种合金中理论容量 最高。在充放电循环过程中,Li2Si 合金的可逆生成与分解伴随 着巨大的体积变化,会引起合金的机械分裂(产生裂缝与粉化) , 导致材料结构的崩塌和电极材料的剥落而使电极材料失去电接 触,从而造成电极的循环性能急剧下降,最后导致电极失效。
Company Logo
三、纳米级硅负极材料

纳米硅颗粒 纳米硅薄膜
硅纳米线及硅纳米管 锂离子电池 负极材料
Company Logo
纳米硅颗粒的研究

纳米硅 当合金材料的颗粒达到纳米级时,充放电过 程中的体积膨胀会大大减轻,性能也会有所 提高,但是纳米材料具有较大的表面能,容易 发生团聚,反而会使充放电效率降低并加快 容量的衰减。