101碳热还原法制备锂离子电池Si-Co-C复合负极材料(第十五届全国电化学会议-锂电专场论文集)

碳热还原法制备锂离子电池 Si-Co-C 复合负极材料徐宇虹 1，尹鸽平 1,2* ，马玉林 1，左朋建 1，程新群 1（ 1 哈尔滨工业大学化工学院，黑龙江，哈尔滨， 150001； 2. 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，黑龙江，哈尔滨， 150001. E-mail: yingphit@hit.edu.cn ）随着便携式电子产品迅速发展和电动车的兴起 , 锂离子电池的应用和发展越来越受到关注。作为锂离子电池的关键组成之一 , 负极材料一直以来使用的是碳材料，但是由于其能量有限（例如，石墨理论容量为 372mAh/g ） , 因此不能很好的满足高能量的需求。因此 , 开发高能量负极材料成为当前的热点研究之一。其中 , 硅以其较高的容量（ 4200mAh/g, Li 4.4Si）而备受关注。但是硅在充放电循环过程中较大的体积变化（ ~300%）破坏了电极结构 , 造成了电子导电性的下降和循环性能的恶化。在硅材料中引入金属成分和碳材料 [1-6] 可以有效的抑制体积膨胀、稳定电极结构、改善材料的电子导电性 , 从而提高材料的电化学循环性能。本文以硅粉、 CoSO4、聚乙烯醇为原料，采用液相沉淀和碳热还原相结合的方法制备了 Si-Co-C 材料 , 并考察了其作为锂离子电池负极材料的电化学循环性能。10 20 30 40 50 60 70 80010002000300040005000Intensity(cps)2θ (degree)Si (PDF#27-1402)Co (PDF#15-0806)SiSiSiCo Si Si0 4 8 12 16 200500100015002000250030003500extraction (Si-Co-C)insertion (Si-Co-C)extraction (Si)insertion (Si)Cycle numberSpecificcapacity(mAhg-1)图 2 Li/Si-Co-C 电池的循环性能图Fig.2 Cycle stability of Li/Si-Co-C coin cell. 图 1 Si-Co-C 复合材料的 XRD 图谱Fig.1 XRD pattern of Si-Co-C composite 图 1 为所得材料的 XRD 图谱。从图中可以看到 , 材料由单质 Si 和单质 Co 组成 , 2θ =20-25 °对应了典型无定形碳的非晶态峰 , 该峰的产生是由聚乙烯醇高温热解后剩余的碳产生的。 图 2 是 Si-Co-C复合材料的循环性能图 , 同时还给出了 Si 的循环性能图用作对比。 从图中可以看到 , Si 在经过五次充放电循环之后完全失效。相反 , Si-Co-C 表现出良好的循环性能 , 首次嵌锂、脱锂容量分别为1878mAh/g 和 1195mAh/g, 30 次循环之后可逆容量为 812mAh/g, 循环性能相对于 Si 有了很大的改善。性能的提高主要得益于金属 Co 和非金属 C 的引入 , 使得 Si 的体积变化得到了一定程度的抑制 , 同时Co 和 C 还可以提高材料的电子导电性 , 有利于电化学反应的顺利进行。本研究为国家自然科学基金（ No. 20673032 ）资助项目。参考文献[1] Sukeun Y, Cheol-Min P, Hansu K, Hun-Joon S. Journal of Power Sources, 2007, 167, 520. [2] Pengjian Z, Geping Y, Yulin M. Electrochimica Acta, 2007, 52, 4878. [3] Jae-Hun K, hansu Kim, Hun-Joon Sohn. Electrochemistry Communication, 2005, 7, 557. [4] Yanna N, Baofeng W, Jun Y, Xianxia Y, Zifeng M. Journal of Power Sources, 2006, 153, 371. [5] Dong H, Ai X P, Yang H X. Electrochemistry Communication, 2003, 5, 952. [6] Ke W, Xiangming H, Li W, Jianguo R, Changyin J, Chunrong W. Solid State Ionics, 2007, 178, 115. Si/Co/C Composite Anode Material for Lithium Ion Batteries Prepared by carbothermal reduction method Yuhong Xu1, Geping Yin1,2*, Yulin Ma 1, Pengjian Zuo1, Xinqun Cheng1(1. School of Chemical Engineering and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, 150001;2. State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang, 150001. E-mail: yingphit@hit.edu.cn ) 1