硅基复合纳米材料的设计及储锂性能测试

发布时间：2024-12-26 01:24

　　开发高能量密度电极材料是实现高容量、长寿命动力存储型电池的关键环节。硅作为合金化锂离子电池负极材料,拥有目前最高的理论比容量(4200mAh·g-1)、略高于石墨的嵌锂电压平台(0.5 Vvs.Li+/Li)、以及环保廉价等特点。特别当电池在低温或快充条件下,硅负极能较好规避传统阳极表面(石墨或锂片)的析锂现象,使得硅负极成为代替石墨成为下一代长续航动力锂离子电池的首选负极材料。然而,Si负极的实际应用一直受限于Si-Li合金化膨胀导致的Si晶体裂化和电极内部电接触恶化、电极结构崩塌等一系列难题。本论文从硅负极的复合改性出发,分别选用“硅合金选择性腐蚀法”制备的珊瑚状纳米Si材料,通过引入导电高分子缓冲介质来兼顾“纳米化”和“复合导电材料”的优势;同时,还探索了纳米硅-纳米铜复合的一体化电极,所得新型电极结构有效规避了传统硅负极极片中粘结剂和石墨导电剂的副作用。具体内容如下:(1)脱合金法制备珊瑚状纳米硅材料选用比例合适的Al92Si8合金粉末为原料,采用不同浓度HCl常温水溶液环境下腐蚀不同时间,可控制备出连续多孔的珊瑚状纳米Si材料。通过XRD物相成分检测、SEM及HRTEM观察形貌...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1理离子电池工作原理示意图[6}

离子电池工作原理??子电池又被称为“摇椅电池”，其中ＬｉＭｆ－随浓度差／Ｉ？：正极和负极充放电原理如图１－１所示：放电时，Ｕ１从正极材料中脱出，经过隔膜到达负极，同时电子也由外电路从止极转移至负极，共同参化反应；充电为放电过程的可逆过程。对于层状负极材料，充放层间距，其晶体结构也....

图１－２?Ｓｉ负极室温下锂化过程及对应的原位ＸＲＤ测试分析［５〇１??

子电池硅负极材料的研究现状??极的嵌锂机制??等嵌入式电极材料不同，硅基负极材料在嵌锂／脱锂过和多个晶相的转换。晶体Ｓｉ具有而心立方结构，空间群构使Ｓｉ的嵌浬界面能较高，Ｓｉ嵌Ｌｉ后便由四面体网络原子簇。依据Ｌｉ－Ｓｉ相图，有四种不同晶态的Ｌｉ－Ｓｉ相存５Ｓｉ４和Ｌｉ２２Ｓｉ５。....

图１－３传统Ｓｉ负极的Ｌｉ嵌入脱出过ＩＶ及结构变化??

?６０??Ｔｉｍｅ?（ｈ）??图１－２?Ｓｉ负极室温下锂化过程及对应的原位ＸＲＤ测试分析［５〇１??硅负极在首次充放电中发生的化学反应公式见（１－４），（１－５）：放屯时０．１?Ｖ前??倾向于在晶体Ｓｔ表而屯成自由能较低的无定型ＬｉｘＳｉ壳层，随锂化深入不断向Ｓ！??颗粒核心发展....

图1-7泡沫铜3D集流体制备的超高面容量硅负极f}}l

电解质萣锂离子电池的重要组成部分，固体电解质正成为屯池领域的研宄点［７１－７３］。有趣的是，一些高聚物通过质子酸掺杂成为良好的电子导体［７｜］，而另些高聚物将锂盐的刚离子键合到其主链或侧链后，可成为良好的离子导体，如１＇］的“聚合物锂单－离子导体（８１＾丨（＾）”［７４１。在硅负....

本文编号：4020311