高容量Si/Ge基负极材料的可控制备及其嵌锂性质研究

发布时间：2021-08-06 08:27

　　锂离子电池由于具有高的能量密度,功率密度,长循环寿命而被广泛应用到人类生活的方方面面,但是现有的锂离子二次电池不能满足人们对于更长续航里程和待机时间的使用需求。提升锂离子电池正负极材料的储锂容量是提升电池能量密度最为有效的策略。硅、锗基负极材料由于具有超高的能量密度（硅:4200 mAh/g,Ge:1600 mAh/g）,较低的嵌锂电位（<0.5 V）,环境友好,被认为是最有发展前景的下一代锂离子电池负极材料。但是硅锗基负极材料由于嵌锂时会发生巨大的体积膨胀,导致颗粒发生粉化,活性材料与集流体脱落失去电接触,固体电解液界面膜（SEI）不能稳定生成,在不断的破裂和重建的过程中消耗了电解液和活性材料。因此,本论文主要围绕高比能、长寿命硅锗基锂离子二次电池负极材料的可控制备、纳米结构设计、表面包覆改性、电极储荷机理及器件构造等方面开展了深入的研究。（1）Ge/RGO/CNT复合材料用于锂离子电池储锂性质的研究:采用化学法制备了粒径为20nm的Ge纳米颗粒,并引入还原氧化石墨烯（RGO）和碳纳米管（CNT）构筑三维导电网络结构,提升Ge基负极材料的储锂性能。RGO具有丰富的褶皱结构以及较... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：120 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

锂离子电池的构成及工作原理示意图

oO2 Li1-xCoO2+xLi++xe-负极: 6C+xLi++xe- LixC6图 1.1 锂离子电池的构成及工作原理示意图1.2.2 锂离子电池隔膜及电解液锂离子电池电解液主要由有机溶剂，锂盐以及添加剂组成[52]。有机溶剂主要是碳酸脂类电解液，如 PC, EC, DEC, DMC, EMC。在早期的商业锂离子电池中，溶剂多使用 PC，但是经研究发现 PC 对石墨的兼容性较差，使生成的 SEI 膜不稳定，同时易溶剂化的锂离子会嵌入石墨层间，使石墨片层发生剥离。EC 的介电常数较高，可以在负极材料的表面形成致密的 SEI 膜

高容量 Si/Ge 基负极材料的可控制备及其嵌锂性质研究隔膜是锂离子电池的重要组成部分，其主要作用是隔离正负极，防止短路，同时吸附电，导离子，阻电子的作用[64]。锂离子电池的隔膜材料主要有聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)单层膜，以及由二者复合得到的多层微孔膜。PE、PP 微孔膜具有高的孔隙率，低电阻，较高的裂强度，抗酸碱能力以及良好的弹性能等。锂离子电池隔膜的主要参数有孔隙率，孔径大分布，透气率，热性以及自动关闭机理。目前市场上使用的锂电隔膜材料主要生产自美国本，价格较高，一般在 8-15 元/m2。我国的锂离子电池聚合物隔膜还处于研究阶段。聚合膜的制备方法主要有熔融拉伸和热致相分离两大类方法。而熔融拉伸法由于生产工艺简单产过程中无污染，是目前世界上生产聚合物隔膜的主要方法。热致相分离方法较为复杂，使用稀释剂，容易造成二次污染且生产成本较高。未来锂离子电池隔膜的主要发展方向是制备具有高孔隙率，对电解液良好亲和性，低的热收缩率以及较高的熔化温度，较低成本性能锂离子电池用隔膜材料。


本文编号：3325433