锂离子电池多孔硅/碳纳米管复合负极材料的研究

发布时间：2021-01-17 16:19

　　目前商业化锂离子电池石墨负极材料储锂容量的应用已经达到其理论值372 mAh/g,不具备开发潜力,开发高储锂容量的新型负极材料成为当前的热点研究内容。硅是目前已知储锂容量（4200 mAh/g）最高的材料,但是其在充放电过程中体积应力极大,导电效率低而被限制广泛应用,当前主要通过纳米化和复合化来改善硅基负极材料的电化学性能。本文通过制备多孔硅材料,并在其表面原位生长碳纳米管,制备硅碳复合材料,既增强了负极材料的储锂容量,又改善了硅材料的循环稳定性能。首先,以硅藻土为硅源,在氩气气氛下利用镁热还原法制备多孔硅,并对制备条件进行优化,对制备的多孔硅进行Brunaure Emmett Teller（BET）、X-ray Diffraction（XRD）和Scanning Electron Microscope（SEM）等表征。表征结果表明,镁热还原硅藻土前,硅藻土是否纯化对实验结果无影响;制备过程中的最佳温度为700℃;氩气保护气氛可以取代真空条件,降低实验难度。多孔硅表面孔隙结构清晰,未改变硅藻土中原有的孔隙结构,比表面积由原土的52.9 m2/g提升到364 m2/g;孔径由7.8 nm... 

【文章来源】：东北电力大学吉林省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 锂离子电池
        1.2.1 锂离子电池的结构及电化学反应原理
        1.2.2 锂离子电池的特点
    1.3 锂离子电池硅/碳复合负极材料的研究进展
        1.3.1 硅/碳复合负极材料的制备
        1.3.2 硅/碳复合负极材料的结构及电化学性能
    1.4 课题的提出及研究内容
        1.4.1 课题的提出
        1.4.2 研究内容
    1.5 技术路线
第2章 实验材料和方法
    2.1 实验药品
    2.2 实验仪器与设备
    2.3 实验方法
        2.3.1 多孔硅的制备
        2.3.2 多孔硅/碳纳米管复合材料的制备
    2.4 材料的物理性质表征
        2.4.1 X射线衍射（XRD）
        2.4.2 红外光谱分析（IR）
        2.4.3 比表面积测试（BET）
        2.4.4 热重分析（TG）
        2.4.5 扫描电子显微镜（SEM）
    2.5 复合材料的电化学性能测试
        2.5.1 电极制备与电池组装
        2.5.2 恒流充放电测试
        2.5.3 交流阻抗测试（EIS）
        2.5.4 循环伏安测试（CV）
第3章 硅藻土制备多孔硅的研究
    3.1 引言
    3.2 硅藻土原始形貌表征
        3.2.1 硅藻土比表面积测试
        3.2.2 硅藻土微观形貌表征
    3.3 多孔硅制备条件的优化及表征
        3.3.1 纯化对多孔硅制备的影响结果及表征
        3.3.2 温度对多孔硅制备的影响结果及表征
        3.3.3 保护气氛对多孔硅制备的影响结果及表征
        3.3.4 镁热还原产物的XRD表征
        3.3.5 多孔硅的比表面积测试
    3.4 本章小结
第4章 多孔硅/碳纳米管复合材料的制备及电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 多孔硅/碳纳米管复合材料的制备
    4.3 催化剂用量的确定
    4.4 多孔硅/碳纳米管复合材料的微观结构表征
        4.4.1 复合材料的热重分析
        4.4.2 复合材料的晶相结构分析
        4.4.3 复合材料的红外光谱分析
        4.4.4 复合材料的微观形貌表征
        4.4.5 复合材料的比表面积和孔径分布
    4.5 多孔硅/碳纳米管复合材料的电化学性能研究
        4.5.1 循环伏安测试
        4.5.2 充放电曲线特性测试
        4.5.3 循环性能测试
        4.5.4 倍率性能测试
        4.5.5 交流阻抗测试
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔硅/碳复合负极材料的制备及电化学性能[J]. 于晓磊,杨军,冯雪娇,高鹏飞,王久林,努丽燕娜.  无机材料学报. 2013(09)
[2]金属硅的储锂性能[J]. 张瑞,姜训勇.  硅酸盐学报. 2013(02)
[3]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)
[4]锂离子电池材料的研究现状[J]. 赵灵智,汝强.  广州化工. 2009(04)
[5]锂离子电池负极材料的研究进展[J]. 王凤飞,王新庆,杨冰,李振华,王淼.  纳米技术与精密工程. 2004(03)
[6]高分子电池隔膜的研究进展[J]. 许鑫华,李冬光,刘强,韩明川.  材料导报. 2004(01)
[7]W-Fe-MgO催化分解CH4制备单壁碳纳米管[J]. 刘霁欣,谢有畅.  物理化学学报. 2003(11)
[8]锂离子电池用硅/碳复合负极材料[J]. 王保峰,杨军,解晶莹,王可,文钟晟,喻献国.  化学学报. 2003(10)
[9]机械球磨法制备纳米材料的研究进展[J]. 刘银,王静,张明旭,秦晓英.  材料导报. 2003(07)
[10]以多孔硅为模板制备取向碳纳米管[J]. 徐东升,郭国霖,桂琳琳,唐有祺,施祖进,金朝霞,顾振南.  中国科学（B辑 化学）. 2000(04)

博士论文
[1]化学气相沉积法合成锂离子电池硅碳复合负极材料的研究[D]. 朱小奕.青岛大学 2013
[2]锂离子电池硅基复合负极材料的制备及电化学研究[D]. 高鹏飞.上海交通大学 2013

硕士论文
[1]锂离子电池多孔硅基材料的制备及改性研究[D]. 王攀攀.哈尔滨工业大学 2013
[2]锂离子电池用高性能硅碳复合负极材料的制备与性能研究[D]. 于晓磊.上海交通大学 2013
[3]锂离子电池硅/炭复合负极材料的制备及性能[D]. 孙鹏.北京化工大学 2012
[4]锂离子电池硅碳复合负极材料的制备与性能[D]. 樊星.清华大学 2009
[5]化学气相法制备碳纳米管材料[D]. 宋利君.西南交通大学 2007



本文编号：2983199