鋰離子電池硅及硅-碳負(fù)極薄膜制備及電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著微電子器件小型化的發(fā)展，迫切需要有相應(yīng)尺寸的微型供能系統(tǒng)與之相適應(yīng)，電源系統(tǒng)的微型化是微電機(jī)械系統(tǒng)得以進(jìn)一步廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。鋰離子電池由于其優(yōu)異的儲(chǔ)能特性與循環(huán)性能成為能源系統(tǒng)微型化的熱點(diǎn)方向之一，目前學(xué)術(shù)界對(duì)于可替代低化學(xué)反應(yīng)活性的非鋰負(fù)極膜材料的研究與開(kāi)發(fā)異常活躍。 硅因具有最高的理論嵌鋰容量(4200mAh/g)而受到人們的關(guān)注，但硅作為負(fù)極材料在嵌鋰過(guò)程中因大的體積膨脹而導(dǎo)致循環(huán)性能很差。通過(guò)縮小

2、硅材料的尺寸將其納米、薄膜化使硅電極材料擁有高容量的保持力、穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)及良好的電子接觸；同時(shí)與體積變化率小并且具有優(yōu)良離子和電子導(dǎo)電性的碳復(fù)合，希望提高硅的導(dǎo)電性能。 本文采用離子束濺射沉積的方法以銅箔為集流體制備硅和硅碳復(fù)合薄膜，并對(duì)其組織結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明濺射沉積得到的薄膜表面呈現(xiàn)胞狀形態(tài)，胞體尺寸為微米量級(jí)，表面形態(tài)與Cu集流體的表面粗糙度密切相關(guān)。XRD分析表明硅及硅碳復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)為無(wú)定型態(tài)，通過(guò)

3、控制濺射束流及濺射時(shí)間制備不同厚度的硅及硅碳復(fù)合薄膜，仍然為無(wú)定型態(tài)。電化學(xué)測(cè)試表明制備的硅薄膜電極具有優(yōu)良的循環(huán)性能。制備硅薄膜采用的束流強(qiáng)度大、濺射時(shí)間較長(zhǎng)的硅膜嵌鋰容量高，循環(huán)性能好。認(rèn)為主要是由于沉積速率增加造成薄膜短程有序度降低所致。實(shí)驗(yàn)中在充放電電流密度6.5μAcm<'-2>下最佳的硅負(fù)極比容量穩(wěn)定在580mAh/g，首次充放電效率為80﹪，第二次循環(huán)后庫(kù)侖效率保持在98﹪；在充放電電流密度提高10倍時(shí)充放電效率僅下降2﹪