化學參雜聚苯胺提升奈米矽電極 循環穩定度之研究

Abstract

近年來在鋰離子電池不斷追求重量輕、高電容量及高效率的目標下，矽擁有最高的理論電容4200mA/g及超過95%的庫倫效率，遂成為目前最具潛力的陽極材料。但矽最大的缺點是在充電過程中體積膨脹達到400%且容易發生崩解，造成電池電容量的快速銳減。本篇研究試以導電高分子材料聚苯胺(Polyaniline, PANi)最為導電材料，奈米矽球(Silicon nanoparticles, Si NPs)最為活性物質，並製成聚苯胺(PANi)包覆奈米矽球(Si NPs)之結構。利用聚苯胺(PANi)的物化性質容易受到參雜分子影響的特性，以5-Sulfoisophthalic acid(SPA)改善聚苯胺(PANi)包覆奈米矽球(Si NPs)之結構，使其表面粗糙化並彼此黏合，增加電池之充放電循環穩定性。此外，在電解液中添加10 %的Fluoroethylene carbonate(FEC)和2 %的Vinylene carbonate(VC)，以增加矽陽極的導電性及循環穩定性減少不可逆電容量。使其擁有在0.3A/g的速度下具有2750mAh/g的電容量、加速至1.2A/g循環1000圈電容量仍有925mAh的循環穩定度以及達到99.6%的庫倫效率。