硅@碳复合材料在高性能锂离子电池中的应用

发布时间：2020-12-22 16:06

　　当前,提升新能源汽车续航里程短的最直接的方法是选取具有更高能量密度的电极材料。在锂离子电池中负极材料是影响电池性能的一个重要方面,合理地选择具有高能量密度的负极材料是提升续航里程短的关键。硅作为锂离子电池的负极材料之一,其理论容量高达4200 mAh g^-1,储量丰富,被研究者们广泛的研究。但是硅材料导电性差,在嵌锂过程中有着巨大的体积膨胀效应（>300%）,这些问题都严重影响了其性能;同时纳米硅材料因其制备工艺成本高而导致其价格昂贵,这严重阻碍了纳米硅负极的商业化应用。本文主要是制备了多孔的硅/碳复合纳米材料并对其进行了结构表征和作为锂离子电池负极时的电化学性能表征;提出了一种成本低、工艺简易、可规模化生产纳米硅颗粒的方法,主要内容如下:制备多孔的硅/碳复合纳米纤维。首先将纳米硅颗粒、PAN和乙酰丙酮铁溶于DMF溶液中,通过静电纺丝制备硅/PAN/乙酰丙酮铁的复合纳米纤维,再经过退火得到硅/碳/氧化铁的复合纳米纤维,酸洗得到多孔的硅/碳复合纳米纤维。PAN在氧化铁的催化作用下碳化得到石墨化的碳,增强整个负极材料的导电性;孔洞为硅的体积膨胀提供缓冲空间,石墨... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：48 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池工作原理

iv. 工作温度范围宽，工作温度约在-25℃-45℃，随着电解质和正极材改进，尚可达到-40℃-70℃。v. 耐高温，锰酸锂和钴酸锂电池的电热峰值可达 200℃左右，而磷酸达到了 350℃-500℃。vi. 快速充电，1C 充电 30 分钟容量可以达到标称容量的 80%以上，磷锂电池可以达到 10 分钟充电到标称容量的 90%。ii. 无记忆效应，可充电电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应。锂离子电池无此现电池无论处于什么状态，可随充随用，无需先放完再充电。iii. 体积比能量、质量比能量高，能达到的实际质量比能量为 555 Wh kg右，即材料能达到 150 mAh g-1以上的比容量（3-4 倍于 Ni-Cd,2-3 Ni-MH），已接近于其理论值的约 88%。同等规格容量的磷酸铁锂的体积是铅酸电池体积的 2/3，重量是铅酸电池的 1/3。ix. 没有环境污染，绿色环保电池的佼佼者，而残留容量的测试又比较方无需维修。

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本文编号：2932037