导电聚合物粘结剂与羧甲基纤维素类粘结剂在硅基锂离子电池中的应用研究

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提高比容量与循环稳定性一直是锂离子电池研究领域的重要课题。硅由于高达4200 mA h g-1的理论容量,成为了下一代锂离子电池中极具潜力的负极材料。但是硅基负极材料在电池充放电循环中会产生大于300%的体积膨胀效应,严重限制着电池的循环稳定性。本文主要是通过制备导电聚合物作为粘结剂来缓解和改善硅的体积膨胀效应从而提高锂电池的比容量和循环性能。通过原位复合法来制备聚苯胺/聚丙烯酸导电聚合物,该聚合物作为粘结剂用在硅负极中。在合成的负极中,聚苯胺构成了三维空间的导电框架。聚丙烯酸提供大量的羧基,与纳米硅表面的羟基和聚苯胺通过化学键的作用使得负极结构变得更加稳定。该复合电极在深循环放电中表现中极佳的性能:电池从20圈循环到1000圈后,容量仅仅只是衰减了18%。在做对比实验时发现,不同的羧甲基纤维素类粘结剂对电池的循环性能的影响存在明显的差异。本文就相同浓度条件的羧甲基纤维素和羧甲基纤维素钠作为粘结剂进行简单的基础性研究。结果显示,羧甲基纤维素钠作粘结剂时电池有较高的比容量,首次放电比容量为2559 mA h g-1,而羧甲基纤维素做粘结剂时锂电池的循环稳定性较好,循环100次后容量保持量高达90%。
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