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锂离子电池以其优越的性能已成为手机、笔记本电脑和数码相机等便携式电子产品的主导电源,并逐步拓展为电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)用电源,且智能电网储能电站的发展也离不开高性能锂离子电池,因此,开发和应用高性能锂离子电池电极材料至关重要。硅具有理论比容量高(≈4200mAh/g)和嵌/脱锂电位合适等优点而受到众多研究者的青睐,但其在充放电循环过程中存在巨大的体积效应(＞300％)会导致可逆容量快速衰减。天然石墨作为锂离子电池负极材料具有嵌/脱锂电位低、循环性能好和电压滞后不明显等特点,但是其中存在的缺陷结构导致其电化学性能不理想。本文从天然石墨改性及与纳米硅复合两方面来制备含硅复合材料,并对其结构和电化学性能进行了研究。 研究发现,纳米硅可在一定程度上减小充放电循环过程中的体积变化。以一氧化硅和蔗糖为原料,通过高能球磨和后续热解原位制备纳米硅并将其分散在无定形碳基体中得到硅/碳复合材料。循环50次其可逆容量仍保持在650mAh/g以上,平均每次容量衰减率仅为0.27％。 宜昌天然鳞片石墨由六方石墨和菱形石墨两种晶型组成,菱形石墨含量约为48.44％,石墨化度约为91.86％,可逆比容量水平在330mAh/g左右。通过H2O2氧化改性可逆比容量可达到340mAh/g以上,以CMC和PVA为包覆前躯体可逆比容量可分别达到340和350mAh/g。 利用原位碳热还原法和喷雾造粒技术制备的球形天然石墨/硅复合材料,能充分发挥石墨循环稳定性好和硅比容量高的优点。得到的复合材料微球可逆比容量达到400mAh/g以上,且具有随循环持续进行缓慢上升的趋势,有望作为一种新型负极材料取代石墨化碳材料。