硅基锂离子电池负极复合材料的制备及性能研究
本文关键词：硅基锂离子电池负极复合材料的制备及性能研究 出处：《青岛大学》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：硅在用作锂离子电池负极材料时理论比容量很高(4200mAh/g),嵌锂电位适中(约0.4 V),因此在放电时表面不容易析锂、安全性较好,且硅元素在地壳中储量丰富、易于获取、价格低廉。但是硅基材料在充电或使用时体积改变较大,且电导率较低。为了解决上述问题,本论文采取了不同的工艺制备了硅基复合负极材料,并对其电化学性能进行了探究。首先,通过水热法制备了Si/Li_4Ti_5O_(12)复合负极原料,相比较于纯硅样品,此复合样品具有较大首次可逆容量,为550mAh/g,经过30次循环后,容量保持在310mAh/g。电化学阻抗测试表明复合材料内阻明显低于纯硅样品,而且复合材料中锂离子扩散系数也高于纯硅样品。扫描电镜(SEM)同能谱仪(EDS)联合表征发现,材料中硅颗粒之间被钛酸锂所填充,由于钛酸锂充放电过程中的零应变效应,一定程度上会减缓了硅在充电或使用中的体积改变,从而使得循环性能有所提升。然后,利用溶胶凝胶法制备了不同摩尔配比的Si/TiO_2复合材料,通过SEM和透射电镜(TEM)表征发现此种材料由硅颗粒堆砌而成,硅颗粒之间被二样氧化钛所填充,XRD表明复合过程并没有对Si和TiO_2的物相产生影响。电化学测试表明,Si与TiO_2摩尔比为1:3的样品经过30次的循环后比容量能保持在750mAh/g,性能最佳。交流阻抗谱表明(EIS),摩尔比为1:3的样品内阻明显低于其它样品,锂离子扩散系数高于其它样品。最后,采用静电纺丝法制取了不同硅含量的Si/C复合负极原料,并对不同分子量的碳源对材料的影响进行了初步探索。研究发现硅含量为60%的样品首次充电比容量为2189mAh/g,放电比容量为2151mAh/g,库伦效率为98%,远高于常用石墨材料。从循环稳定性来看,经过30次循环后,其比容量为250mAh/g,也远高于纯硅样品,说明碳的存在减缓了硅在充电或使用过程中的因体积改变带来的不利影响。EIS表明此配比的样品内阻明显低于纯硅样品,主要原因是碳的引入增强了复合材料导电性能。
【学位授予单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;TB33
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，本文编号：1327594
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