纳米硅用做锂电池负极材料提高电池的容量及抗衰减性

由于纳米硅对与锂电池的高吸收率，将纳米硅用于锂电池可以大幅度提高锂电池的容量（理论可以达到4000mA/h)。以纳米硅粉和石墨为原料,替代纳米碳粉，作为锂电池负极材料，利用机械球磨的方法制备了硅/石墨复合物, 采用XRD、SEM以及电化学测试等手段对材料进行了结构表征和性能测试.通过球磨不同质量比的硅和石墨, 并对相应的复合物进行充放电测试, 寻找到了硅和石墨的最佳比例, 其值为1∶9。组成Si-C复合材料，可以有效的降低由于硅吸收锂离子时的膨胀，同时可以加大与电解液的亲和力，易与分散，提高循环性能。用纳米硅粉做成纳米硅线用在充电锂电池负极材料里，或者在纳米硅粉表面包覆石墨用做充电锂电池负极材料，可以提高了充电锂电池3倍以上的电容量和充放电循环次数。实验结果表明, 所得材料既具备高于纯纳米硅的循环性能, 又具有比石墨高的可逆容量，同时大幅度提高锂电池容量。
当硅与石墨的质量比为4:6时，容量衰减较快,25次循环后容量为200mA.h/g,故复合物中硅的含量不能太大.如果硅的含量较大，导致石墨不能很好地将硅分散开，纳米硅之间接触的机会增多，发生团聚，库仑效率和循环性能就会随之下降.硅和石墨质量比为3:7时，复合物25次循环后的可逆容量虽然大于硅与石墨质量比为4:6（约240mA.h/g）时的可逆容量，但从曲线上看出，衰减还是很快.可见硅与石墨质量比为1:9和2:8时，循环性能较好，而1:9时为最好.由于纳米硅的价格又远高于石墨，故如应用于生产实践，硅和石墨比为1:9更为经济.与纯石墨比较，质量比1:9的复合物首次可逆容量大大提高，是石墨的两倍多.循环性能也较好,30次循环后达到310mA.h/g.