硅基复合物锂离子电池负极材料的制备及电化学研究

发布时间：2020-04-17 18:56

【摘要】：随着不可再生能源的日益枯竭,同时面对着当前社会的快速发展,寻找更清洁的储能设备是非常重要的。由于目前的负极材料为石墨材料,其较低的理论容量无法满足未来对于大容量、更快充电的电池材料的需求。硅基负极材料由于其独特的化学与物理性质,非常有机会成为下一代取代商业化石墨的材料。本论文针对硅基负极材料在应用过程中虽表现出较高的首次充放电比容量,但随后循环中所遭遇较快容量衰减的问题,以提高其性能的稳定性为目标而开展研究。采用两步球磨法,以微米硅、高铁酸钾以及石墨为原料,制备出了双重包覆硅基的负极材料。首先,利用高铁酸钾与石墨进行球磨,通过高铁酸钾的强氧化性成功剥离石墨,得到少层数石墨烯。然后,将微米硅、少层数石墨烯以及高铁酸钾混合球磨,成功得到了双重包覆结构(少层数石墨烯以及无定形四氧化三铁包覆)的微米硅复合负极材料。在室温下时,2 A g~(-1)的电流密度下,循环1600圈后,复合材料表现出637mAh g~(-1)的可逆容量,从第十圈开始,每圈的容量衰减率低至0.012%。同时,在8A g~(-1)的电流密度下,依然有着572m Ah g~(-1)的可逆容量,表现出优异的倍率性能。同时本文通过研究,发现了硅基负极材料在大电流长周期循环的一些原因以及长周期循环过程中的储能变化。对于硅基负极材料的储能过程有着更深一步的了解。考虑到硅基复合材料中硅/碳含量比对于整个复合材料体系的影响,本课题考察了不同硅含量对复合材料电性能的影响,同时也做了相关研究工作。通过测试材料的倍率性能、循环性能和交流阻抗来进行比较,发现以12g硅粉,4g少层数石墨烯,4g高铁酸钾为原材料制备出来的复合材料具有最佳的电化学性能。
【图文】：

锂离子电池,工作原理图

图 1-1 锂离子电池工作原理图[13]Fig.1-1 Schematic diagram of lithium ion battery目前市场化的正极材料 LiCoO2，负极材料为石墨的锂离子电池中发生的反应如下：极： LiCoO2 Li1-xCoO2+xLi++xe-（1-1）极： 6C+xLi++xe- LixC6（1-2）反应： LiCoO2+6C Li1-xCoO2+LixC6（1-3）体来说，锂离子在正极 LiCoO2晶胞与石墨材料之间进行嵌入与子在+3 价以及+4 价来发生氧化与还原反应。从中可以看出，，锂依靠的是一个可逆的充放电反应，而且正负极脱嵌锂的程度基本锂容量大小。离子电池的优缺点

示意图,布拉格衍射,示意图,布拉格公式

图 2-1 布拉格衍射示意图应用布拉格公式：2dsinθ=nλ （2-1）图是通过德国 Bruker 的 D8 Advance 型压和电流分别为 40kV 和 40mA，2θ 扫A）gravimetric Analysis,简称 TGA）主要通不同温区内出现的质量变化，来判断材：热重分析是通过天平的平衡来测量出分析是通过美国（Q600 SDT,TA INC,美。℃/m inman）
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TM912

【参考文献】