高性能硅铜合金负极材料的制备及性能研究

龚露露，罗国旗，姚 俊，尹小龙，陈焕辉，任祥忠

1)湖北航天化学技术研究所，湖北襄阳441003；2)襄阳三沃航天薄膜材料有限公司，湖北襄阳441003；3)深圳大学化学与环境工程学院，广东深圳518060

开发高能量密度的可充放电电池是满足不断增长的能源系统需求的关键. 尽管在便携式电子市场上取得了巨大的成功，但由于商业化石墨负极的理论容量低(372 mAh/g)，锂离子电池(lithium ion battery, LIB)在许多领域的应用仍然受到限制[1-2]. 因此，必须开发具有高能量密度和长循环寿命的新型负极材料[3]. 硅基材料因储量丰富、来源广泛、嵌锂电位低和安全性能好而倍受关注. 然而，硅基材料的实际应用仍然受到体积变化大的限制，容易产生不稳定的固体电解质界面膜[4]. 设计稳定的电极结构以减轻体积膨胀，并促进电荷传输和离子扩散，是解决这些问题的关键.

将硅基材料的尺寸纳米化，可以有效的减少硅相对体积效应，从而提高硅材料的循环性能[5]. 也可将硅与其他材料复合，缓解硅在电化学过程中的体积效应[6]. 此外，通过对硅基材料进行碳包覆，能够有效提高电极材料的导电性[7-8]. 对碳层进行杂原子掺杂，可以改变碳的物理性质和化学性质. 最理想的掺杂原子是氮原子，因为氮原子半径接近碳原子[9-10]. 但是，目前有关氮元素掺杂对碳包覆纳米硅基负极材料性能的影响的报道很少[11]. 很多研究工作都是致力于通过氮元素的掺杂来提高碳材料的充电容量. 据报道，氮掺杂聚合物碳材料由……