硅—碳/陶瓷纳米复合锂离子电池负极材料的制备及性能研究
发布时间：2021-11-26 04:39
硅具有比容量高、充放电平台低、资源丰富、安全性好等优点,成为最有潜力的锂离子电池负极材料之一。但硅本身存在体积膨胀问题和导电性差的问题决定了其使用寿命短、循环性能差的特点。目前常用制备硅基负极材料的方法主要有三类,一是将硅的尺寸纳米化,制备纳米颗粒,纳米线和纳米管等,减小绝对体积变化;二是将硅与碳、金属、非金属等缓冲基质复合,制备复合材料,增强导电性,抑制SEI膜形成;三是通过构筑多层次结构,缓解体积膨胀,改善硅材料寿命。其中陶瓷基质经常被应用于吸收硅体积膨胀产生应力,但是目前技术所采用的陶瓷往往不具备储锂电活性,从而牺牲负极材料容量。而且与碳基质之间往往存在相分离、结合性差等弱点,不能有效地起到共同吸收应力,稳定电极结构。为了解决上述问题,本论文首先探讨了锂离子电极材料中黏结剂种类的选择和含量优化等问题。其次运用高温裂解法,以不饱和聚酯热固性树脂作为碳源和反应介质,以硅烷偶联剂作为陶瓷前驱体,成功制备了不同比例的硅/碳复合材料和硅/硅氧碳/碳复合材料,研究了所得材料的物相组分以及电化学相关性能。硅/硅氧碳/碳复合材料可以有效缓解硅在脱嵌锂过程中带来的体积效应,从而提高硅基负极材料的电...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池发展
1.2.1 锂电池发展过程及我国锂电池发展简史
1.2.2 锂离子电池结构
1.2.3 锂离子电池的原理、发展及其特点
1.2.4 我国发展锂离子电池产业的必要性和前景
1.3 锂离子电池负极材料研究现状
1.3.1 碳基负极材料
1.3.2 氮化物
1.3.3 锡基氧化物和锡化物
1.3.4 新型合金
1.4 锂离子电池硅基负极材料储锂机理和研究现状
1.4.1 硅基材料纳米化
1.4.2 硅基材料复合化
1.4.3 硅基材料多层次空间化
1.5 选题背景及研究内容
1.5.1 研究目的及选题意义
1.5.2 研究内容及创新点
2 实验方法
2.1 实验药品及仪器
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验仪器
2.2 负极材料制备
2.2.1 电极的制备
2.2.2 电池装配
2.3 负极材料形貌表征
2.3.1 X射线衍射分析（X-ray diffraction, XRD）
2.3.2 拉曼光谱分析（Raman spectroscopy, RAMAN）
2.3.3 热重分析（Thermogravimetric analyzer, TG）
2.3.4 扫描电子显微镜分析（Scanning electron microscope, SEM）
2.3.5 透射电子显微镜分析（Transmission electron microscope, TEM）
2.4 负极材料电化学性能表征
2.4.1 恒电流充放电法
2.4.2 循环伏安法
2.4.3 交流阻抗测试
3 黏结剂对硅负极电化学性能的影响
3.1 不同黏结剂含量对电极的电化学性能分析
3.2 不同黏结剂电极的电化学性能分析
3.3 不同粘度的黏结剂电极的电化学性能分析
3.4 不同黏结剂电极的SEM分析
3.5 本章小结
4 硅/碳复合负极材料的制备及锂电性能研究
4.1 硅/碳复合负极材料的制备
4.2 形貌特征及表征
4.3 电化学测试及性能分析
4.3.1 硅/碳复合材料充放电特征曲线
4.3.2 硅/碳复合材料循环性能曲线
4.3.3 硅/碳复合材料倍率性能曲线
4.4 本章小结
5 硅/硅氧碳/碳复合负极材料的制备及性能研究
5.1 硅/硅氧碳/碳复合负极材料的制备
5.2 形貌特征及表征
5.3 电化学测试及性能分析
5.3.1 硅/硅氧碳/碳复合材料循环伏安特性曲线
5.3.2 硅/硅氧碳/碳复合材料交流阻抗分析
5.3.3 硅/硅氧碳/碳复合材料充放电特征曲线
5.3.4 硅/硅氧碳/碳复合材料循环性能曲线
5.3.5 硅/硅氧碳/碳复合材料倍率性能曲线
5.4 本章小结
6 结论与展望
参考文献
在校期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Si-Based Anode Materials for Li-Ion Batteries:A Mini Review[J]. Delong Ma,Zhanyi Cao,Anming Hu. Nano-Micro Letters. 2014(04)
[2]锂离子电池硅复合负极材料研究进展[J]. 高鹏飞,杨军. 化学进展. 2011(Z1)
[3]我国废旧电池回收利用中存在的问题与对策[J]. 程晓玲. 厦门广播电视大学学报. 2010(04)
[4]锂离子电池硅基复合物负极材料[J]. 陈敬波,赵海雷,何见超,王梦微. 化学进展. 2009(10)
[5]锂离子蓄电池负极材料Li4Ti5O12的研究进展[J]. 彭久云,曾照强,苗赫濯. 电源技术. 2002(06)
本文编号：3519412
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池发展
1.2.1 锂电池发展过程及我国锂电池发展简史
1.2.2 锂离子电池结构
1.2.3 锂离子电池的原理、发展及其特点
1.2.4 我国发展锂离子电池产业的必要性和前景
1.3 锂离子电池负极材料研究现状
1.3.1 碳基负极材料
1.3.2 氮化物
1.3.3 锡基氧化物和锡化物
1.3.4 新型合金
1.4 锂离子电池硅基负极材料储锂机理和研究现状
1.4.1 硅基材料纳米化
1.4.2 硅基材料复合化
1.4.3 硅基材料多层次空间化
1.5 选题背景及研究内容
1.5.1 研究目的及选题意义
1.5.2 研究内容及创新点
2 实验方法
2.1 实验药品及仪器
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验仪器
2.2 负极材料制备
2.2.1 电极的制备
2.2.2 电池装配
2.3 负极材料形貌表征
2.3.1 X射线衍射分析（X-ray diffraction, XRD）
2.3.2 拉曼光谱分析（Raman spectroscopy, RAMAN）
2.3.3 热重分析（Thermogravimetric analyzer, TG）
2.3.4 扫描电子显微镜分析（Scanning electron microscope, SEM）
2.3.5 透射电子显微镜分析（Transmission electron microscope, TEM）
2.4 负极材料电化学性能表征
2.4.1 恒电流充放电法
2.4.2 循环伏安法
2.4.3 交流阻抗测试
3 黏结剂对硅负极电化学性能的影响
3.1 不同黏结剂含量对电极的电化学性能分析
3.2 不同黏结剂电极的电化学性能分析
3.3 不同粘度的黏结剂电极的电化学性能分析
3.4 不同黏结剂电极的SEM分析
3.5 本章小结
4 硅/碳复合负极材料的制备及锂电性能研究
4.1 硅/碳复合负极材料的制备
4.2 形貌特征及表征
4.3 电化学测试及性能分析
4.3.1 硅/碳复合材料充放电特征曲线
4.3.2 硅/碳复合材料循环性能曲线
4.3.3 硅/碳复合材料倍率性能曲线
4.4 本章小结
5 硅/硅氧碳/碳复合负极材料的制备及性能研究
5.1 硅/硅氧碳/碳复合负极材料的制备
5.2 形貌特征及表征
5.3 电化学测试及性能分析
5.3.1 硅/硅氧碳/碳复合材料循环伏安特性曲线
5.3.2 硅/硅氧碳/碳复合材料交流阻抗分析
5.3.3 硅/硅氧碳/碳复合材料充放电特征曲线
5.3.4 硅/硅氧碳/碳复合材料循环性能曲线
5.3.5 硅/硅氧碳/碳复合材料倍率性能曲线
5.4 本章小结
6 结论与展望
参考文献
在校期间研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Si-Based Anode Materials for Li-Ion Batteries:A Mini Review[J]. Delong Ma,Zhanyi Cao,Anming Hu. Nano-Micro Letters. 2014(04)
[2]锂离子电池硅复合负极材料研究进展[J]. 高鹏飞,杨军. 化学进展. 2011(Z1)
[3]我国废旧电池回收利用中存在的问题与对策[J]. 程晓玲. 厦门广播电视大学学报. 2010(04)
[4]锂离子电池硅基复合物负极材料[J]. 陈敬波,赵海雷,何见超,王梦微. 化学进展. 2009(10)
[5]锂离子蓄电池负极材料Li4Ti5O12的研究进展[J]. 彭久云,曾照强,苗赫濯. 电源技术. 2002(06)
本文编号：3519412
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