新型锂离子电池硅碳负极材料的构筑及性能研究
发布时间：2021-03-08 20:35
硅因其储锂比容量高（4200 mAh/g）、地球中储量丰富（丰度排名第二）而被广泛认为是下一代锂电池最有前途的负极材料。然而,硅基材料存在本征导电性低和在充放电过程中体积膨胀剧烈的问题。巨大的体积应变不可避免地会引起微米硅颗粒的粉碎,引起表面固体电解质膜（SEI）的不断破坏与重建,导致电极的破裂、容量衰减快、倍率性能差。为硅提供稳定的导电网络和有效的缓冲空间,设计并制备结构合理的硅碳负极材料,是解决硅基材料问题的根本和有效途径。而寻求一种能满足低成本、大规模生产具有合理结构的硅碳负极材料的制备方法是硅碳负极材料的实际应用的必然要求。基于以上考虑,本论文进行了以下研究。主要研究内容如下:（1）采用纳米硅作为硅源,二氧化硅包覆层作为牺牲模板,沥青作为包覆碳源,通过结合改进的St?ber法、喷雾干燥、热处理和蚀刻工艺制备了新型树莓状蛋黄-蛋壳结构（R-YS）Si/C微纳复合球。由低成本沥青衍生的交联碳壳构建的纳米空腔为纳米硅提供缓冲空间,而树莓结构的中部微米空腔不仅为整个微纳米复合微球提供缓冲空间,还可贮存电解液,缩短锂离子的扩散距离。通过扫描电镜、透射电镜和电化学分析等系统表征,发现R-Y...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电池技术在体积和重量能量密度方面的比较[5]
新型锂离子电池硅碳负极材料的构筑及性能研究2图1.1不同电池技术在体积和重量能量密度方面的比较[5]Figure1.1Comparisonofthedifferentbatterytechnologiesintermsofvolumetricandgravimetricenergydensity[5]1.2锂离子电池的工作原理典型的锂离子电池核心组成部分包括：石墨负极、LiCoO2正极、电解液和隔膜。锂离子电池的工作原理与其他电化学电池不同，它是通过允许锂离子在阳极和阴极迁移从而产生电流[6]。如图1.2所示，在充电过程中，部分锂离子从正极（LiCoO2）脱嵌并进入到电解液中，进一步穿过隔膜从电解液中嵌入到石墨负极中。在放电过程中，逆反应自发进行。充电和放电时，都通过外部电路进行电子补偿。图1.2基于石墨阳极和LiCoO2阴极的锂离子电池示意图[7]Figure1.2AschematicpresentationofaLi-ionbatterybasedongraphiteanodeandLiCoO2cathode
第一章绪论5同的条件下，软碳比硬碳的孔隙更少，更软。然而，几乎每种碳，在XRD图谱中（002）和（100）的位置都有峰[17]。图1.3石墨化碳的结构示意图[17]Figure1.3Schematicrepresentationofthestructureofagraphitizingcarbon[17]图1.4非石墨化碳结构示意图[17]Figure1.4Schematicrepresentationofthestructureofnon-graphitizingcarbon[17]目前，商业化的锂离子电池负极材料以石墨碳材料为主。电化学反应可以描述如下：+xLixe6CLixC6充电放电锂离子插入碳中形成化合物，该反应是可逆的。图1.5锂在石墨中的插层示意图[19]Figure1.5Schematicdiagramofintercalationoflithiumingraphite[19].石墨的晶体结构为六边形层状结构。锂在石墨中的插层主要发生在石墨层的碳
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池固态电解质界面膜（SEI）的研究进展[J]. 梁大宇,包婷婷,高田慧,张健. 储能科学与技术. 2018(03)
[2]介孔碳微球的氢醌改性及电容性能研究[J]. 高秀丽,王丹丹,李硕,邢伟,阎子峰. 无机材料学报. 2018(01)
[3]火花放电和高能球磨组合高效制备纳米硅颗粒[J]. 赵明才,曹祥威,孙洪凯,朱文魁,汪炜. 电加工与模具. 2017(04)
[4]以三聚氰胺-甲醛微球为模板制备均一氧化钆空心球[J]. 张弛,孙刚,欧阳文宜,覃卉婷,李栋辉,姚楚,江学良. 材料研究学报. 2017(04)
[5]一种粒径可控单分散密胺树脂微球的制备方法[J]. 杨益祥,邹伟,唐楷,颜杰. 化工新型材料. 2017(04)
[6]硅负极材料的储锂机理与电化学改性进展[J]. 梁初,周罗挺,夏阳,黄辉,陶新永,甘永平,张文魁. 功能材料. 2016(08)
[7]锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算[J]. 吴娇杨,刘品,胡勇胜,李泓. 储能科学与技术. 2016(04)
[8]气流粉碎硅粉在硅系延期药中的应用[J]. 伍富全. 爆破器材. 2016(02)
[9]粒径可控单分散三聚氰胺-甲醛（MF）树脂微球的制备研究[J]. 李晨健,孙刚,刘松,张姣,余露,江学良. 胶体与聚合物. 2015(03)
[10]以三聚氰胺甲醛微球为模板制备介孔二氧化硅和二氧化钛空心微球[J]. 房洪杰,刘慧,闫芳,李洪亮. 硅酸盐学报. 2015(02)
博士论文
[1]锂离子电池硅基负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 林宁.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]锂硫电池正极材料的制备及性能研究[D]. 郝豫宝.太原科技大学 2017
[2]高性能硅碳锂离子电池负极材料的制备及性能研究[D]. 李伟伟.郑州大学 2016
[3]TiO2纳米阵列及其复合物应用于锂离子电池负极材料的研究[D]. 黎国坚.华中师范大学 2016
本文编号：3071635
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同电池技术在体积和重量能量密度方面的比较[5]
新型锂离子电池硅碳负极材料的构筑及性能研究2图1.1不同电池技术在体积和重量能量密度方面的比较[5]Figure1.1Comparisonofthedifferentbatterytechnologiesintermsofvolumetricandgravimetricenergydensity[5]1.2锂离子电池的工作原理典型的锂离子电池核心组成部分包括：石墨负极、LiCoO2正极、电解液和隔膜。锂离子电池的工作原理与其他电化学电池不同，它是通过允许锂离子在阳极和阴极迁移从而产生电流[6]。如图1.2所示，在充电过程中，部分锂离子从正极（LiCoO2）脱嵌并进入到电解液中，进一步穿过隔膜从电解液中嵌入到石墨负极中。在放电过程中，逆反应自发进行。充电和放电时，都通过外部电路进行电子补偿。图1.2基于石墨阳极和LiCoO2阴极的锂离子电池示意图[7]Figure1.2AschematicpresentationofaLi-ionbatterybasedongraphiteanodeandLiCoO2cathode
第一章绪论5同的条件下，软碳比硬碳的孔隙更少，更软。然而，几乎每种碳，在XRD图谱中（002）和（100）的位置都有峰[17]。图1.3石墨化碳的结构示意图[17]Figure1.3Schematicrepresentationofthestructureofagraphitizingcarbon[17]图1.4非石墨化碳结构示意图[17]Figure1.4Schematicrepresentationofthestructureofnon-graphitizingcarbon[17]目前，商业化的锂离子电池负极材料以石墨碳材料为主。电化学反应可以描述如下：+xLixe6CLixC6充电放电锂离子插入碳中形成化合物，该反应是可逆的。图1.5锂在石墨中的插层示意图[19]Figure1.5Schematicdiagramofintercalationoflithiumingraphite[19].石墨的晶体结构为六边形层状结构。锂在石墨中的插层主要发生在石墨层的碳
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池固态电解质界面膜（SEI）的研究进展[J]. 梁大宇,包婷婷,高田慧,张健. 储能科学与技术. 2018(03)
[2]介孔碳微球的氢醌改性及电容性能研究[J]. 高秀丽,王丹丹,李硕,邢伟,阎子峰. 无机材料学报. 2018(01)
[3]火花放电和高能球磨组合高效制备纳米硅颗粒[J]. 赵明才,曹祥威,孙洪凯,朱文魁,汪炜. 电加工与模具. 2017(04)
[4]以三聚氰胺-甲醛微球为模板制备均一氧化钆空心球[J]. 张弛,孙刚,欧阳文宜,覃卉婷,李栋辉,姚楚,江学良. 材料研究学报. 2017(04)
[5]一种粒径可控单分散密胺树脂微球的制备方法[J]. 杨益祥,邹伟,唐楷,颜杰. 化工新型材料. 2017(04)
[6]硅负极材料的储锂机理与电化学改性进展[J]. 梁初,周罗挺,夏阳,黄辉,陶新永,甘永平,张文魁. 功能材料. 2016(08)
[7]锂离子电池和金属锂离子电池的能量密度计算[J]. 吴娇杨,刘品,胡勇胜,李泓. 储能科学与技术. 2016(04)
[8]气流粉碎硅粉在硅系延期药中的应用[J]. 伍富全. 爆破器材. 2016(02)
[9]粒径可控单分散三聚氰胺-甲醛（MF）树脂微球的制备研究[J]. 李晨健,孙刚,刘松,张姣,余露,江学良. 胶体与聚合物. 2015(03)
[10]以三聚氰胺甲醛微球为模板制备介孔二氧化硅和二氧化钛空心微球[J]. 房洪杰,刘慧,闫芳,李洪亮. 硅酸盐学报. 2015(02)
博士论文
[1]锂离子电池硅基负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 林宁.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]锂硫电池正极材料的制备及性能研究[D]. 郝豫宝.太原科技大学 2017
[2]高性能硅碳锂离子电池负极材料的制备及性能研究[D]. 李伟伟.郑州大学 2016
[3]TiO2纳米阵列及其复合物应用于锂离子电池负极材料的研究[D]. 黎国坚.华中师范大学 2016
本文编号：3071635
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