锂离子电池负极材料Si@C/SiO_x的制备及其电化学性能

杨桃^1,2，李肖^1,2，田晓冬^1,2，宋燕¹，刘占军¹，郭全贵¹

1. 中国科学院山西煤炭化学研究所中国科学院炭材料重点实验室2. 中国科学院大学

摘 要：硅理论比容量高,放电平台低,是商业化锂离子电池石墨负极的替代材料之一,但是其充放电循环中体积变化大,容量衰减迅速,制约了其商业化使用。本研究通过一步法制备了具有核壳结构的硅@碳/硅氧化物(Si@C/SiO_x),将其作为锂离子电池负极材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS等手段对所制备材料的微观形貌、结构以及组分进行了分析,并对其进行了相关的电化学测试。结果表明,Si@C/SiO_x核壳材料比Si@C核壳材料具备更优良的电化学性能。在200 mA/g电流密度下,循环45次后,Si@C的容量保持率为60.2%;而当C/SiO_x作为Si核外壳时,200 mA/g电流密度下,循环45次后,Si@C/SiO_x比容量值为787.2 mAh/g,容量保持率提高到87.3%。这主要是由于C与SiO_x复合后,外壳的机械强度大于碳壳,能够较好地缓冲Si体积膨胀产生的巨大应力,从而保证结构的完整性,提高了硅基负极材料的商业化应用的可能性。

关键词：锂离子电池;硅@碳/硅氧化物复合材料;核壳结构;循环稳定性;