石墨烯/硅/碳复合负极材料的制备及其储锂性能研究
发布时间：2022-01-02 21:56
硅因为具有超高的理论比容量和低的放电电位等优点,被认为是最有希望的锂离子电池负极材料之一,然而,由于硅材料在嵌脱锂的过程中容易发生严重的体积膨胀,造成电极材料的破坏,同时硅的导电性较差,这些缺点限制其商业化应用。将硅材料纳米化或与碳材料复合化可以显著降低硅材料的体积效应。本文利用二氧化硅机械性能良好和碳材料导电性能优异的特点,采用不同的方法,制备出多种结构新颖、形状可控和循环性能良好的硅碳复合负极材料。以不同粒径的纳米硅为原料,利用正硅酸乙酯的水解反应在纳米硅颗粒表面包覆厚度约为10 nm的Si02,在SiO2/Si材料的基础上分别以蔗糖和间苯二酚-甲醛树脂为碳源制备得到碳/Si02/硅复合材料,对材料进行结构表征和电化学性能测试,发现Si02和碳对纳米硅形成了双重包裹,Si02薄层具有较强的机械性能,限制了硅在锂化过程中的膨胀程度,碳层除了作为保护层外,还可以利用其优良的导电性为离子和电子提供传输通道。利用无定形Si02和碳所具有的化学惰性、多孔性和选择性渗透等优点,显著提高了材料的循环稳定性。采用表面改性、静电自组装和高温热还原制备得到石墨烯/SiOx/硅复合材料,结果显示粒径在3...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
祖离子电池的工作原理[3]
导电性的石墨婦网络增强了整个电极材料中电子和离子的传输动力，明的可逆容量和倍率性能，在５Ｃ倍率下，电极材料容量为２００?ｍＡｈ?ｇ人得到氮惨杂石墨帰／石墨复合负极材料，结果显示所有的石墨颗粒都孔涧的Ｈ维石墨帰结构中，孔涧的存在加快了电解质的输送，石墨婦质连接石墨颗粒并促进电子的传输，复合材料的电导率达到巧１２?ＳｉｒＴｉ的电导率（４０１８?Ｓ?ｍ＇ｌ），氮惨杂石墨稀／石墨复合材料在裡离子电池中电化学性能，包括比容量（７８１?ｍＡｈ?ｇ－ｉ）、杰出的倍率性能（在电流密１?ｍＡｈ?ｇ‘ｉ）和良好的循环稳定性（在电流密度为１０Ｃ时经过１０００次循率为９８．１?％）。１＾山１２５＾｜利用简单的两步法制备得到具有＾维交联网状结孔石墨婦（３Ｄ?ＧＦｓ），通过如图１－２所示的这种合理设计，该材料增加润性，缩短了电子和裡离子的传输路径，降低了接触阻抗，同时３Ｄ?ＧＦ型氮和化咯型氮的存在为储裡提供高的电子导电性和结构稳定性，作为在裡离子电池中时，在电流密度２００?ｍＡ?ｇ－ｉ时１００次循环后比容量可ｉ，倍率性能同样优异，在１?Ａ?ｇ—ｉ的电流密度下经过５００次循环后其比９１?ｍＡｈｇ－ｉ。??
Ｔａｎｇｔｓｗ等通过蒸气蚀刻桂／氧化还原石墨婦气凝胶制备得到ｓｉ／ｒＧＯ复合材料，纳??尺寸孔的石墨巧片具有独特的Ｈ维多孔网状构架，可Ｗ将纳米珪完整的包裹在内，??合材料的多孔结构可レッ缩短钮离子的转移路径并抑制娃願粒的团聚和破坏，原位透??电镜观察说明多孔复合材料帮助整个电极维持高度导电性，促进娃纳米颗粒的嵌??，在５０?ｍＡ?ｇ－ｉ的电流密度下经过１００次循环后，电极可逆容量为１００４?ｍＡｈ?ｇ—ｉ。??Ｇｕ〇ｔＷ等利用静电自组装方法制备出石墨蹄－巧复合材料，即先用带正电荷的??ＤＤＡ对Ｓｉ纳米粒子进行改性，氧化石墨稀通过静电吸引作用与之结合，得到两者??合分散液，然后进行冷冻干燥和热还原等处理过程使珪纳米粒子均匀的分散在石墨??片层中，该材料表现出极好的循环性能和倍率性能，经过１５０次循环后容量还可Ｗ??持在?１２０５?ｍＡｈ?ｇｉ。??Ｚｈａｎｇｔｓｓｉ等采用简单可行的直接合成法制备得到多孔Ｓｉ／Ｃ复合材料，利用未反应??全的多余珪、金属化合物和堆积的碳，通过酸洗、９００?＂Ｃ碳化和湿蚀刻等步驟合成??孔８１／：复合材料，得到的复合材料尺寸为２－６０?｜ｉｍ，微孔的尺寸为２－５?＾ｒｎｉ，娃被碳??所包覆且两者之间留有空隙，在１００个循环内平均每个循环容量衰减化１５?％。??Ｗａｎｔｓｓｉ二，
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池磷化物负极材料研究进展[J]. 黄世强,徐环,王雅东,潘牧. 电源技术. 2015(06)
[2]过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用[J]. 陈汝文,涂新满,陈德志. 化学进展. 2015(04)
[3]锂离子电池负极材料研究进展[J]. 张加艳,沈建兴,魏长宝. 山东陶瓷. 2015(01)
[4]锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势[J]. 张培新,汪静伟,黄亮,张冬云. 深圳大学学报(理工版). 2014(05)
[5]锂离子电池负极材料研究进展[J]. 李伟伟,潘全香,姚路,陈改荣,席国喜. 电源技术. 2013(07)
[6]Spinel lithium titanate (Li4Ti5O12) as novel anode material for room-temperature sodium-ion battery[J]. 赵亮,潘慧霖,胡勇胜,李泓,陈立泉. Chinese Physics B. 2012(02)
[7]锂离子电池负极材料的研究进展[J]. 武明昊,陈剑,王崇,衣宝廉. 电池. 2011(04)
[8]锂离子电池硅/碳复合负极材料的研究进展[J]. 樊星,郑永平,沈万慈. 材料导报. 2009(19)
[9]锡锑合金/石墨复合材料作为锂离子电池负极的研究[J]. 王忠,田文怀,李星国. 功能材料. 2007(01)
[10]锂离子电池性能研究[J]. 戴燕珊,冼巧妍,黄振茂. 电池工业. 2002(05)
本文编号：3564948
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
祖离子电池的工作原理[3]
导电性的石墨婦网络增强了整个电极材料中电子和离子的传输动力，明的可逆容量和倍率性能，在５Ｃ倍率下，电极材料容量为２００?ｍＡｈ?ｇ人得到氮惨杂石墨帰／石墨复合负极材料，结果显示所有的石墨颗粒都孔涧的Ｈ维石墨帰结构中，孔涧的存在加快了电解质的输送，石墨婦质连接石墨颗粒并促进电子的传输，复合材料的电导率达到巧１２?ＳｉｒＴｉ的电导率（４０１８?Ｓ?ｍ＇ｌ），氮惨杂石墨稀／石墨复合材料在裡离子电池中电化学性能，包括比容量（７８１?ｍＡｈ?ｇ－ｉ）、杰出的倍率性能（在电流密１?ｍＡｈ?ｇ‘ｉ）和良好的循环稳定性（在电流密度为１０Ｃ时经过１０００次循率为９８．１?％）。１＾山１２５＾｜利用简单的两步法制备得到具有＾维交联网状结孔石墨婦（３Ｄ?ＧＦｓ），通过如图１－２所示的这种合理设计，该材料增加润性，缩短了电子和裡离子的传输路径，降低了接触阻抗，同时３Ｄ?ＧＦ型氮和化咯型氮的存在为储裡提供高的电子导电性和结构稳定性，作为在裡离子电池中时，在电流密度２００?ｍＡ?ｇ－ｉ时１００次循环后比容量可ｉ，倍率性能同样优异，在１?Ａ?ｇ—ｉ的电流密度下经过５００次循环后其比９１?ｍＡｈｇ－ｉ。??
Ｔａｎｇｔｓｗ等通过蒸气蚀刻桂／氧化还原石墨婦气凝胶制备得到ｓｉ／ｒＧＯ复合材料，纳??尺寸孔的石墨巧片具有独特的Ｈ维多孔网状构架，可Ｗ将纳米珪完整的包裹在内，??合材料的多孔结构可レッ缩短钮离子的转移路径并抑制娃願粒的团聚和破坏，原位透??电镜观察说明多孔复合材料帮助整个电极维持高度导电性，促进娃纳米颗粒的嵌??，在５０?ｍＡ?ｇ－ｉ的电流密度下经过１００次循环后，电极可逆容量为１００４?ｍＡｈ?ｇ—ｉ。??Ｇｕ〇ｔＷ等利用静电自组装方法制备出石墨蹄－巧复合材料，即先用带正电荷的??ＤＤＡ对Ｓｉ纳米粒子进行改性，氧化石墨稀通过静电吸引作用与之结合，得到两者??合分散液，然后进行冷冻干燥和热还原等处理过程使珪纳米粒子均匀的分散在石墨??片层中，该材料表现出极好的循环性能和倍率性能，经过１５０次循环后容量还可Ｗ??持在?１２０５?ｍＡｈ?ｇｉ。??Ｚｈａｎｇｔｓｓｉ等采用简单可行的直接合成法制备得到多孔Ｓｉ／Ｃ复合材料，利用未反应??全的多余珪、金属化合物和堆积的碳，通过酸洗、９００?＂Ｃ碳化和湿蚀刻等步驟合成??孔８１／：复合材料，得到的复合材料尺寸为２－６０?｜ｉｍ，微孔的尺寸为２－５?＾ｒｎｉ，娃被碳??所包覆且两者之间留有空隙，在１００个循环内平均每个循环容量衰减化１５?％。??Ｗａｎｔｓｓｉ二，
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池磷化物负极材料研究进展[J]. 黄世强,徐环,王雅东,潘牧. 电源技术. 2015(06)
[2]过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用[J]. 陈汝文,涂新满,陈德志. 化学进展. 2015(04)
[3]锂离子电池负极材料研究进展[J]. 张加艳,沈建兴,魏长宝. 山东陶瓷. 2015(01)
[4]锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势[J]. 张培新,汪静伟,黄亮,张冬云. 深圳大学学报(理工版). 2014(05)
[5]锂离子电池负极材料研究进展[J]. 李伟伟,潘全香,姚路,陈改荣,席国喜. 电源技术. 2013(07)
[6]Spinel lithium titanate (Li4Ti5O12) as novel anode material for room-temperature sodium-ion battery[J]. 赵亮,潘慧霖,胡勇胜,李泓,陈立泉. Chinese Physics B. 2012(02)
[7]锂离子电池负极材料的研究进展[J]. 武明昊,陈剑,王崇,衣宝廉. 电池. 2011(04)
[8]锂离子电池硅/碳复合负极材料的研究进展[J]. 樊星,郑永平,沈万慈. 材料导报. 2009(19)
[9]锡锑合金/石墨复合材料作为锂离子电池负极的研究[J]. 王忠,田文怀,李星国. 功能材料. 2007(01)
[10]锂离子电池性能研究[J]. 戴燕珊,冼巧妍,黄振茂. 电池工业. 2002(05)
本文编号：3564948
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3564948.html
