目前市場(chǎng)上鋰離子電池使用的多為石墨負(fù)極材料， 從石墨的比容量和壓實(shí)密度看， 負(fù)極材料的能量密度很難再得到提高。與石墨負(fù)極相比，硅基負(fù)極材料的能量密度優(yōu)勢(shì)明顯。石墨的理論比容量為372mAh/g，而硅基負(fù)極材料的理論比容量超過其10倍，高達(dá)4200mAh/g。硅碳復(fù)合材料能夠大大提升單體電芯的比容量，增加電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程。

硅基負(fù)極材料也存在著較為明顯的缺點(diǎn)， 主要有以下兩方面：其一是硅顆粒在脫嵌鋰時(shí)伴隨著體積膨脹和收縮而導(dǎo)致顆粒粉化、脫落，造成結(jié)構(gòu)坍塌，最終導(dǎo)致電極活性物質(zhì)與集流體脫離；其二是硅顆粒表面固體電解質(zhì)層(SEI)的持續(xù)生長(zhǎng)對(duì)電解液以及來自正極的鋰源的不可逆消耗。由于硅基負(fù)極材料的體積效應(yīng)， 硅在電解液中難以形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜。伴隨著電極結(jié)構(gòu)的破壞，在暴露出的硅表面不斷形成新的SEI膜，加劇了硅的腐蝕和容量衰減。因此，為了提高硅基負(fù)極材料的電化學(xué)性能， 系統(tǒng)研究電解液添加劑在硅負(fù)極表面的作用機(jī)理是十分必要和迫切的。

本文針對(duì)硅基負(fù)極材料的特點(diǎn)， 研究不同成分電解液對(duì)硅負(fù)極表面成膜的影響及其作用機(jī)理， 通過不同添加劑的配合使用提升硅碳負(fù)極的電化學(xué)性能。選用膨脹相對(duì)較小的氧化亞硅(SiO)混摻石墨作為負(fù)極材料，對(duì)SiO-C/Li 扣式半電池進(jìn)行充放電測(cè)試、成膜機(jī)理及形貌分析、NCM/SiO-C軟包電池常溫循環(huán)測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 極片制作

正極：以鎳鈷錳(NCM)三元材料為正極材料 ，使用油系PVDF為正極粘結(jié)劑，導(dǎo)電劑使用Super-P， 使用吡咯烷酮(NMP)為溶劑，按照一定比例混合成正極電極漿料。

負(fù)極：以SiO混合石墨制成硅碳負(fù)極，使用水系SBR為負(fù)極粘結(jié)劑，導(dǎo)電劑使用Super-P，使用蒸餾水為溶劑，按照一定比例混合成負(fù)極電極漿料。

將正負(fù)極漿料分別均勻涂覆在鋁箔、銅箔表面上烘干，經(jīng)過碾壓、裁切、烘干，制成實(shí)驗(yàn)所需極片。

1.2 扣式電池制作

使用SiO-C/Li扣式半電池以0.01C緩慢放電，并對(duì)放電曲線做微分， 觀察電解液中添加劑在硅碳負(fù)極表面的成膜現(xiàn)象及作用機(jī)理，SiO-C體系0.01C放電曲線見圖2， 放電曲線微分圖見圖3。

圖3為SiO-C/Li扣式電池放電曲線的dQ/dV曲線，將放電曲線微分后，可以將電極表面的成膜反應(yīng)放大，便于分析添加劑作用機(jī)理，其中圖3(b)為圖3(a)中Y軸小量程放大圖。

從圖3(b)中可以準(zhǔn)確判斷成膜峰的位置及峰面積大小，三種添加劑成膜電位匯總為表3。結(jié)合圖3(b)和表3可以看出，LiPO2F2的成膜電位為2.4V，成膜反應(yīng)開始最早，同時(shí)成膜峰與其他兩種電解液相比峰面積更大，主峰振幅的大小可以反映出成膜反應(yīng)的強(qiáng)弱， 說明此種添加劑組合成膜反應(yīng)更完全、更致密，成膜能力更強(qiáng)。2#電解液中成膜添加劑為FEC，說明FEC的成膜電位為1.9 V，在3#電解液中同樣含有同比例的FEC， 在微分曲線中同一位置也可以明顯看到成膜峰，再次驗(yàn)證了FEC在此位置可發(fā)生成膜反應(yīng)。而1#電解液中的添加劑VC成膜最晚，成膜電位為1.1V，在硅碳負(fù)極體系中成膜能力最弱。對(duì)比三種電解液成膜電位可以看出，LiPO2F2最易在硅碳負(fù)極表面成膜，三種添加劑成膜能力排序?yàn)長(zhǎng)iPO2F2＞FEC＞VC。

NCM/SiO-C軟包電池進(jìn)行1C恒流充放電測(cè)試，循環(huán)測(cè)試結(jié)果見圖4。從圖4中可以看出，3#電解液體系循環(huán)趨勢(shì)平穩(wěn)，容量保持率較高，200次循環(huán)后容量保持率為90.29%，按此趨勢(shì)，循環(huán)壽命可達(dá)600次(80%容量剩余)。其次為2#電解液，50次循環(huán)后即與3#呈現(xiàn)出較大差異，1#電解液循環(huán)趨勢(shì)下降更為明顯。