微型薄膜Li离子电池研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

(一)实验原理及构想

首先通过阅读相关文献，对比分析，寻找适合于微型薄膜锂离子电池的阳极材料，并对制备方法进行设计，然后用其作为锂离子电池的阳极，组装完成并开始实验。

为了探索该阳极的性能，要通过大量的实验、观察和分析其中包括能够表征电池充放电时内部所进行的电化学反应情况的电化学反应测试，同时使用软件，根据实验的数据绘制并分析电池电池充放电时的C-V图等图像，接着进行物理化学表征的一系列工作，意在观察反应结束后电极材料结构完整程度，以及根据电极表面附着的离子等分析推测参与反应的离子种类和反应类型。

至此，就系统完成了Li离子高容量、高循环寿命的阳极材料的设计、制备、测试及性能分析。

（二）微型薄膜锂离子电池阳极材料的国内外研究现状

随着物联网工程在智能物流、智能电网、智能交通、环境和安全检测等重大行业显现出日益广阔广阔的应用前景，伴随着相关设备应用环境的日益复杂化，人们对于相关设备及其供能装置的要求也越来越高，能源短缺和环境污染已成为全世界所面临的重要问题，发展清洁能源和新型储能体系已刻不容缓。因此，对于锂离子电池电极材料及其性能的研究也逐渐普遍起来。

我们知道，对于能量存储设备中的阳极而言，硅是一种很有吸引力的材料。因为硅阳极的理论电容值是其对应的最新碳质阳极电容值的10倍。硅阳极可以作为枝晶形成的锂金属阳极的替代品，在传统的锂离子电池和最新的Li-O₂和Li-S电池中得到应用。但随之而来的主要难题是结构劣化，以及在循环过程中由大容量（~300%）引起的固态电解质界面不稳定性，电解质发生的副反应，还有当材料的尺寸减小到纳米级之后带来的电池容量减小问题^[1-3]。

为了解决这些问题，诸多大学和研究机构的教授学者们进行了大量的实验和论证。纳米材料具有较大的表面能和较高的缺陷密度，因此热力学不稳定，容易发生团聚，在充放电过程中，这种现象更加严重。对于纳米尺寸的 Si 类合金阳极材料，在充放电过程中，纳米颗粒之间由于离子的迁移、扩散会出现显著的团聚、融合，形成较大的团聚体。团聚之后，离子的扩散路径变长，内部颗粒有可能失去电接触，其在动力学、循环性能上的优势将大大减弱。为了解决这一问题，在制备Si材料时，可以加入一定量的碳材料，一方面抑制Si体积膨胀和纳米颗粒的团聚，另一方面提高了电导率，改善了倍率性能和循环寿命，同时碳层减少了Si纳米材料和电解液的副反应。与没有包覆的Si材料相比，包覆碳后的同种 Si-C复合材料性能明显提升^[4-5]。

为了改善Si阳极材料在循环过程中活性材料与集流体之间的脱落导致电接触差、容量衰减快、循环性能不好的问题，人们开始寻找“缓冲载体”以抑制Si在脱嵌锂过程中的体积变化。研究表明，硅-金属和硅-非金属化合物复合材料均能够有效降低充放电过程中体积膨胀给材料电化学性能带来的影响。