硅碳及锗碳复合材料的锂离子电池负极材料研究

发布时间：2020-10-23 06:08

　　锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长和环境友好等特点,被广泛应用在便携式电器和电动汽车领域。锂离子电池的关键技术之一是开发新型的高比容量负极材料。硅的储量丰富,其理论容量是目前商用负极材料石墨的10倍,是最有潜力的负极材料,但硅在充放电过程中的体积膨胀和粉化问题严重制约了它的商业化进程。目前,改善锂离子电池硅材料负极的主要策略是纳米化、多孔化,或将它与其它材料进行复合。本文通过物理溅射沉积技术制备了Si/C和Ge/C复合材料,并研究了其物理性质及作为锂离子电池负极材料的电化学性能,对改善硅锗基锂离子电池的循环性能具有重要借鉴意义。本论文的主要研究内容如下:1.在室温条件下,采用磁控溅射技术制备了不同厚度的纯硅电极和Si/C薄膜电极,针对它们作为锂离子电池负极材料的性能进行了研究。不同厚度的纯硅电极的研究表明,较薄的100 nm的纯硅电极具有较好的电化学性能;且7层Si/C交替结构活化的速率较快,这与碳薄膜增加了导电性有关。2.室温生长的C/Si/C/Si/C(10 nm/50 nm/10 nm/50 nm/10 nm)结构电极具有最优的循环稳定性,在循环145次后,其容量保持率仍高达88.45%,这主要是因为碳薄膜起到了很好的包覆和导电作用导致的。100 ~oC下生长的电极的比容量较高,且100 ~oC为最佳的Si/C负极的活化温度。3.研究石墨烯基Ge量子点的生长演变机制,对于制备均匀分布的Ge量子点/石墨烯复合材料及作为锂离子电池负极材料的应用具有重要意义。在500 ~oC生长温度下,通过控制不同的Ge的沉积量,研究石墨烯基Ge量子点的生长演变规律。表面形貌及统计结果表明,当Ge的沉积时间为300 s时,Ge量子点具有较好的尺寸均匀性和较大的密度(3.52×10~(10)/cm~2),高度主要分布在1.0~2.0 nm之间,底径主要分布在30~40 nm之间。Raman光谱表明,随着Ge沉积量的增加,Ge的结晶性逐渐变好,Ge在石墨烯中引入的缺陷逐渐变少。XPS分析表明,Ge量子点表面氧化较为严重,Ge-C键的存在证明Ge与C之间发生了相互作用。
【学位单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912;TB33
【部分图文】：