锂离子电池中高容量硅铝/碳复合负极材料的制备与性能研究

无机材料学报

锂离子电池中高容量硅铝/碳复合负极材料的制备与性能研究

文钟晟¹, 谢晓华², 王可¹, 杨军¹, 解晶莹¹

1. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所能源科学与技术实验室, 上海 200050; 2. 哈尔滨工程大学化工学院, 哈尔滨 150001

收稿日期:2003-12-23 修回日期:2004-02-18 出版日期:2005-01-20 网络出版日期:2005-01-20

High Capacity SiAl/C Anode Material for Lithium-ion Batteries

WEN Zhong-Sheng¹, XIE Xiao-Hua², WANG Ke¹, YANG Jun¹, XIE Jing-Ying¹

1. Laboratory of Energy Science and Technology, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of
Sciences, Shanghai 200050, China; 2. Chemical Engineering School, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China

Received:2003-12-23 Revised:2004-02-18 Published:2005-01-20 Online:2005-01-20

摘要/Abstract

摘要： 锂离子电池用高容量负极材料普遍存在首次不可逆容量高、循环性能差等问题. 本文采用高温固相法制备了硅铝/碳锂离子电池负极材料, 制备出的复合负极材料的比容量远高于目前锂离子电池普遍使用的中间相碳微球, 循环寿命则优于同粒度的硅单体为活性中心的硅碳复合材料. Al引入Si/C复合材料中, 有效抑制了材料的首次嵌锂深度,且减缓了电压滞后现象. 制备的复合负极材料首次可逆容量达到600mAh/g, 首次充放电效率在85\%以上, 25次循环后容量仍保持90%以上.

关键词: 锂离子电池, 负极, 复合材料, 硅

Abstract: High capacity anode material SiAl/C composite was prepared by thermal annealing process. Its structure was characterized by XRD and its cyclability and potentiostatic
cycling performance were investigated. The charging and discharging test shows SiAl/C composite possesses higher capacity than carbonaceous
mesophase spherules. And its first irreversible capacity is decreased, comparing with Si/C composite prepared under the same conditions.
It is demonstrated that by adding Al into Si/C composite system, its first Li⁺ insertion depth is suppressed and voltage hysteresis is alleviated.
Obtained SiAl/C composite anode material has a capacity about 600mAh/g for its first Li⁺ insertion and its coulombic efficiency for the first cycle
is up to 85%. And after 25 cycles, its capacity retention can be retained about 90%.

Key words: lithium-ion batteries, anode, composite material, silicon

中图分类号:

TM911

文钟晟,谢晓华,王可,杨军,解晶莹. 锂离子电池中高容量硅铝/碳复合负极材料的制备与性能研究[J]. 无机材料学报.

WEN Zhong-Sheng,XIE Xiao-Hua,WANG Ke,YANG Jun,XIE Jing-Ying. High Capacity SiAl/C Anode Material for Lithium-ion Batteries[J]. Journal of Inorganic Materials.

[1]	谭博文, 耿双龙, 张锴, 郑百林. 硅电极组分梯度设计抑制力-化学耦合劣化[J]. 无机材料学报, 2025, 40(7): 772-780.
[2]	王鲁杰, 张玉新, 李彤阳, 于源, 任鹏伟, 王建章, 汤华国, 姚秀敏, 黄毅华, 刘学建, 乔竹辉. 深海服役环境下碳化硅陶瓷材料的腐蚀及磨损行为[J]. 无机材料学报, 2025, 40(7): 799-807.
[3]	陈义, 邱海鹏, 陈明伟, 徐昊, 崔恒. SiC/SiC复合材料基体硼改性方法及其力学性能研究[J]. 无机材料学报, 2025, 40(5): 504-510.
[4]	熊思宇, 莫尘, 朱肖伟, 朱国斌, 陈德钦, 刘来君, 施晓东, 李纯纯. 超低介电常数LiB_xAl_1-_xSi₂O₆微波介质陶瓷的低温烧结[J]. 无机材料学报, 2025, 40(5): 536-544.
[5]	穆爽, 马沁, 张禹, 沈旭, 杨金山, 董绍明. Yb₂Si₂O₇改性SiC/SiC复合材料的氧化行为研究[J]. 无机材料学报, 2025, 40(3): 323-328.
[6]	杨舒琪, 杨存国, 牛慧祝, 石唯一, 舒珂维. GeP₃/科琴黑复合材料作为钠离子电池高性能负极材料[J]. 无机材料学报, 2025, 40(3): 329-336.
[7]	李紫薇, 弓伟露, 崔海峰, 叶丽, 韩伟健, 赵彤. 前驱体法制备(Zr, Hf, Nb, Ta, W)C-SiC复相陶瓷及性能研究[J]. 无机材料学报, 2025, 40(3): 271-280.
[8]	谌广昌, 段小明, 朱金荣, 龚情, 蔡德龙, 李宇航, 杨东雷, 陈彪, 李新民, 邓旭东, 余瑾, 刘博雅, 何培刚, 贾德昌, 周玉. 直升机特定结构先进陶瓷材料研究进展与应用展望[J]. 无机材料学报, 2025, 40(3): 225-244.
[9]	栾新刚, 何典蔚, 涂建勇, 成来飞. 2D平纹和3D针刺C/SiC复合材料的低速冲击破坏行为和失效机理[J]. 无机材料学报, 2025, 40(2): 205-214.
[10]	王月月, 黄佳慧, 孔红星, 李怀珠, 姚晓红. 载银放射状介孔二氧化硅的制备及其在牙科树脂中的应用[J]. 无机材料学报, 2025, 40(1): 77-83.
[11]	王文婷, 徐敬军, 马科, 李美栓, 李兴超, 李同起. 原位反应/热压合成Ti₂AlC-20TiB₂复合材料在1000~1300 ℃空气中的高温氧化行为[J]. 无机材料学报, 2025, 40(1): 31-38.
[12]	王浩, 刘学超, 郑重, 潘秀红, 徐锦涛, 朱新锋, 陈锟, 邓伟杰, 汤美波, 郭辉, 高攀. 非本征背照触发平面型4H-SiC光导开关性能研究[J]. 无机材料学报, 2024, 39(9): 1070-1076.
[13]	刘鹏东, 王桢, 刘永锋, 温广武. 硅泥在锂离子电池中的应用研究进展[J]. 无机材料学报, 2024, 39(9): 992-1004.
[14]	全文心, 余艺平, 方冰, 李伟, 王松. 管状C/SiC复合材料高温空气氧化行为与宏细观建模研究[J]. 无机材料学报, 2024, 39(8): 920-928.
[15]	何思哲, 王俊舟, 张勇, 费嘉维, 吴爱民, 陈意峰, 李强, 周晟, 黄昊. 高频低损耗的Fe/亚微米FeNi软磁复合材料[J]. 无机材料学报, 2024, 39(8): 871-878.