锂电池纳米Si-石墨负极材料表面改性试验研究

姜成龙 张良 张晋杰

（中国汽车技术研究中心检测认证事业部,天津300000）

1 前言

锂离子电池作为当今电动汽车市场上应用最广泛的动力电池，具有输出电压大、能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优势[1-2]。以石墨为代表的碳基材料作为负极的传统锂离子电池发展至今，其理论比容量低且难以大幅提高的劣势逐渐显现[3]，另一方面，储量不足且大倍率充放电时性能不稳定的缺点使其更加难以满足飞速发展的市场需求[4-5]。此时硅基材料凭借其理论比容量高的优势出现在人们的视野中。不仅如此，作为碳的完美替代品，硅资源丰富，绿色环保，开发成本低，逐步成为锂离子电池负极材料的发展趋势[6-7]。

然而纯Si材料体积效应巨大，循环过程中剧烈的体积效应使硅材料表面不能形成稳定的SEI膜，SEI膜始终在破裂、生长，致使电解液随着循环的进行不断被消耗，最终导致电池容量随循环的进行而衰竭[8]；巨大的体积效应[9]还会导致电极材料皲裂，甚至从集流体上脱落，硅材料失去电化学活性；严重时甚至影响材料的循环稳定性，导致高容量的硅单质无法商业化应用。商业化的硅基材料大多采用碳基材料与硅进行复合，但碳的理论容量很低[10]，约372 mA·h/g，使碳/硅复合材料的理论容量没有很好体现硅基材料的高容量性能[11-12]。

为了既能获得硅的高容量性能又能实现长期稳定的循环寿命，本文首先通过对纳米Si和石墨分别表面改性使两者各……