锂离子电池硅碳/石墨复合负极材料体系开发及电化学性能研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:crystal_z
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21世纪以来,人们对环境与能源的要求与日俱增,锂离子电池因其优异的储能容量,在能源市场备受关注。硅基材料具有极高的理论比容量(4200m Ah·g-1),但是其产业化进程受困于材料本身在脱嵌锂时产生的体积膨胀效应以及由此导致的SEI膜的不断破裂与重组。硅碳复合材料在具有较高容量的同时又对硅基材料的体积效应进行改善,因此被认为是最具发展前景的锂离子负极材料。本文以商业化的硅碳材料和石墨为主材,通过机械混合的方式制备得到硅碳/石墨复合材料。并系统研究了电解液种类、不同的导电剂添加剂以及不同的粘结剂体系对材料的电化学性能影响,以确定适配的全电池生产工艺。(1)以三款商业化硅碳材料为原料,与石墨进行机械混合后制备得到微米级别的硅碳/石墨(Si/G)复合材料,并研究了其软包全电池和扣式电池电化学性能。研究结果表明贝特瑞硅碳材料物化性能优异,D50为14.53 um,振实密度0.95 g/cm~3,比表面积1.62 m~2/g,浆料稳定性良好,辊压后的极片于72 h后反弹率稳定在5.58%。在材料电化学性能方面,贝特瑞硅碳材料表现出最优异的电化学性能:扣式电池首效为91.3%,首次放电比容量为460.6 m Ah/g;软包全电池首效为81.90%,经过250圈循环后,容量保持率为99.90%。(2)以选定的贝特瑞硅碳材料为原料,分别研究了天赐8B、天赐8C和天赐G5A三款电解液对电池工艺的适配性。研究结果表明,天赐8C电解液与该材料适配程度更高,扣式电池电化学性能中,首效为91.76%,十次循环后容量保持率为95.62%;软包全电池电化学性能中,首效为81.40%,经过550圈循环后,容量保持率为96.66%,混合功率脉冲放电测试表现优异,放电至10%容量后,放电直流电阻为19.73 mΩ。(3)以选定的贝特瑞硅碳材料为原料,研究了不同粘结剂体系下,单一导电剂与复合导电剂对电池电化学性能的影响。结果表明:无论是CMC+SBR粘结剂体系还是CMC+PAA粘结剂体系,复合导电剂都更有利于电池性能的提升。在采用复合导电剂作为导电添加剂的情况下,CMC+PAA粘结剂体系的首次放电比容量、首效和容量保持率均高于CMC+SBR粘结剂体系。以CMC+PAA为粘结剂,以SP+CNT+石墨烯为导电剂的体系中,其扣式电池首效为94.79%,十圈循环后容量保持率为90.46%;软包全电池首效为80.19%,200圈循环后容量保持率为88.48%。
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