自组装法制备硅碳负极复合材料及电化学性能研究

发布时间：2021-09-07 06:48

　　近年来,由于化石能源的日益枯竭以及空气质量的逐渐恶化,电动汽车取代燃油汽车成为了一种不可阻挡的趋势,而传统的石墨类材料作为典型的已商业化的锂离子电池负材料,已无法满足电动汽车高能量和高功率密度的需求。而碳包覆的硅碳复合材料作为一种新兴的最具有应用前景的负极材料,正逐渐占据着锂离子电池的市场和研究方向。不过,硅材料要想完全取代石墨类材料,两大缺陷亟需解决:一是充放电过程中硅存在巨大的体积效应,二是硅自身的电导率太低。对此,本文从解决硅基材料的这两大难题出发,提出了利用静电自组装法将Nafion树脂均匀包覆于二氧化硅颗粒表面,辅以镁热还原反应进行还原,再辅以高温煅烧进行碳化,制备出无定形碳层包覆的硅基复合结构。并分析了不同硅含量的Si/C复合材料以及相同硅含量的Si/C和SiO₂/C复合材料对材料结构和电化学性能之间的关系。主要有以下几点研究内容及结论:（一）静电自组装法制备不同硅含量的Si/C复合材料制备不同硅含量的硅碳复合材料,通过XRD图谱和拉曼图谱来表征所制备的硅碳复合材料中硅是无定形硅,碳材料是无定形碳;通过XPS图谱来表征碳和硅主要是以碳碳单键和0价硅的形... 

【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

近20年全球锂离子电池市场的需求量变化趋势

选择直接影响锂离子电池的放电比容量，寿命的长短和安全性等。正极和料都是通过电离 Li 离子插入和脱出材料来实现充放电过程。在层状氧化墨的电池体系下，插入和脱出材料的性质可导致晶体和电子结构变成合金电化学插层，这不同于锡和硅材料体系。在充电时，锂离子从正极材料中脱过电解质传导传输并插入到负极材料中；在放电时，Li 离子从负极材料并插入到正极材料，同时通过电解质，在相反的电化学电位梯度下迁移。负极材料的性能通常根据其单位重量材料的充电容量（mAh/g）进行量化

图 1-3 六方石墨晶体结构示意图Fig.1-3 Schematical illustration of hexagonal graphite crystal structur石墨类材料多指接近于无序结构的碳[38]，前驱体包括有酚醛树脂[40]等，Liu 等人提出了单层和多层石墨烯储锂机理[41]，Zheng 等人机理”[42]，Mabuchi 等人提出的“微孔贮锂机理”[43]等。由于无序结充放电过程中，其充放电曲线呈现明显斜坡状，当然通过优化前驱控高温煅烧时的条件，来改变材料结构，进而提升其放电比容量墨结构示意图如图 1-4 所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池硬碳负极材料研究进展[J]. 孙颢,蒲薇华,何向明,李建军,姜长印,万春荣.  化工新型材料. 2005(11)
[2]电池的近期发展与锂离子电池[J]. 陈德钧.  电池. 1996(03)



本文编号：3389064