微纳多层结构硅碳锂电池负极材料的设计及研究
发布时间：2021-11-28 15:01
目前,无论是新能源汽车的发展还是数码终端产品的大屏幕化、功能多样化,都对与之匹配的储能系统提出了新的要求。而在储能电池的更新换代中,锂离子电池由于其耐高电压、无记忆效应、无污染环保、安全性能高、自放电率低、较高的比容量、循环性能强等优点,已在大量的储能项目中获得了实际应用。但目前的电池材料体系明显已无法满足锂电池的现实需求,研发新型高能量高性能材料迫在眉睫。目前,硅基材料已成为锂电池改善负极的最优先选择。硅负极材料具有安全性好、资源丰富、放电平台低和可嵌锂量远远大于碳的优点。然而,硅负极由于其在嵌脱锂循环过程中具有严重的体积膨胀和收缩,造成材料结构的破坏和机械粉碎,从而导致电极表现出较差的循环性能。碳质负极材料在充放电过程中体积变化较小,具有较好的循环稳定性能,而且碳质负极材料本身是离子与电子的混合导体;另外,硅与碳化学性质相近,二者能紧密结合,因此合成硅碳负极材料是改善硅基材料的有效方法。在硅碳复合体系中,硅颗粒作为活性物质,提供储锂容量;碳既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化,又能改善硅质材料的导电性,还能避免硅颗粒在充放电循环中发生团聚。因此硅碳复合材料综合了二者的优点,表现出高...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统锂离子电池的工作原理
青岛大学硕士学位论文4构设计为微米或纳米结构有利于减少这些限制。(3)缩短锂离子的扩散路径，提高锂离子得扩散速率，具有更高的功率。此外，材料还需要有更高的电子转移率。石墨由于较低的工作电压、低成本以及较高的循环寿命被认为是最常用的锂电池负极材料[13,14]。但其由于较低的比容量以及能量密度极大阻碍了其作为锂电池负极材料的发展。目前，负极材料取得的研究进展如图1.2所示[15]。主要有碳基材料，包括硬碳、碳纳米管、石墨烯等。其次合金/去合金化材料也是常用的，包括Si、Ge、Sn、SnO、SiO等。最后还包含过渡金属氧化物，主要有Fe2O3/Fe3O4，MoO2/MoO3，CoO/Co3O4，Cu2O/CuO，MnxOy，NiO，Cr2O3，RuO2等。本文研究了以纳米硅、微米硅为原料设计微纳多层结构的石榴状结构、海胆状结构复合材料用作锂电池负极材料的性能。图1.2负极材料示意图Figure1.2Schematicillustrationofanodematerials1.3硅碳复合材料1.3.1硅碳复合材料的研究现状锂离子电池由于较高的能量密度，有限的自放电效应以及较高的操作电压，成为了被最广泛应用的二次电池系统。然而，现代商业的石墨烯负极材料不能满足人们对电动汽车、便携式电子设备和能源存储应用的能量密度、操控可靠性以及系统整合的要求[16-18]。因此，生产具有高比容量，合适的充放电平台以及安全性高低成本的新一代负极材料在学术界和工业上都吸引了巨大的关注。在所有有潜力的负极材料中，硅由于以下原因成为最有前景的取代石墨的候
青岛大学硕士学位论文6图1.3Si/po-C@C的(a)制备过程以及(b)分层的结构设计流程图Figure1.3Schematicsof(a)fabricationprocessand(b)hierarchicalstructuraldesignforSi/po-C@CcompositeLietal.通过喷雾干燥结合表面覆盖导电剂的方法制备的具有壳核结构的硅碳微米球（如图1.3所示），在循环30圈后能保持大约900mAhg1的比容量[12]。Liangetal.通过静电喷涂和高温裂解法生产了一种多孔的且具有导电骨架结构的硅/碳微米球（如图1.4所示），这种微米球在循环60圈后具有高达1325mAhg1的比容量，容量保持率达到87%[19]。图1.4Si/C微米球以及微米结构的制备流程图Figure1.4SchematicfabricationprocessoftheSi/Cmicrosphereanditsmicrostructure
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hierarchically 3D structured milled lamellar MoS2/nano-silicon@carbon hybrid with medium capacity and long cycling sustainability as anodes for lithium-ion batteries[J]. Peng Zhang,Qiang Ru,Honglin Yan,Xianhua Hou,Fuming Chen,Shejun Hu,Lingzhi Zhao. Journal of Materials Science & Technology. 2019(09)
本文编号：3524638
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统锂离子电池的工作原理
青岛大学硕士学位论文4构设计为微米或纳米结构有利于减少这些限制。(3)缩短锂离子的扩散路径，提高锂离子得扩散速率，具有更高的功率。此外，材料还需要有更高的电子转移率。石墨由于较低的工作电压、低成本以及较高的循环寿命被认为是最常用的锂电池负极材料[13,14]。但其由于较低的比容量以及能量密度极大阻碍了其作为锂电池负极材料的发展。目前，负极材料取得的研究进展如图1.2所示[15]。主要有碳基材料，包括硬碳、碳纳米管、石墨烯等。其次合金/去合金化材料也是常用的，包括Si、Ge、Sn、SnO、SiO等。最后还包含过渡金属氧化物，主要有Fe2O3/Fe3O4，MoO2/MoO3，CoO/Co3O4，Cu2O/CuO，MnxOy，NiO，Cr2O3，RuO2等。本文研究了以纳米硅、微米硅为原料设计微纳多层结构的石榴状结构、海胆状结构复合材料用作锂电池负极材料的性能。图1.2负极材料示意图Figure1.2Schematicillustrationofanodematerials1.3硅碳复合材料1.3.1硅碳复合材料的研究现状锂离子电池由于较高的能量密度，有限的自放电效应以及较高的操作电压，成为了被最广泛应用的二次电池系统。然而，现代商业的石墨烯负极材料不能满足人们对电动汽车、便携式电子设备和能源存储应用的能量密度、操控可靠性以及系统整合的要求[16-18]。因此，生产具有高比容量，合适的充放电平台以及安全性高低成本的新一代负极材料在学术界和工业上都吸引了巨大的关注。在所有有潜力的负极材料中，硅由于以下原因成为最有前景的取代石墨的候
青岛大学硕士学位论文6图1.3Si/po-C@C的(a)制备过程以及(b)分层的结构设计流程图Figure1.3Schematicsof(a)fabricationprocessand(b)hierarchicalstructuraldesignforSi/po-C@CcompositeLietal.通过喷雾干燥结合表面覆盖导电剂的方法制备的具有壳核结构的硅碳微米球（如图1.3所示），在循环30圈后能保持大约900mAhg1的比容量[12]。Liangetal.通过静电喷涂和高温裂解法生产了一种多孔的且具有导电骨架结构的硅/碳微米球（如图1.4所示），这种微米球在循环60圈后具有高达1325mAhg1的比容量，容量保持率达到87%[19]。图1.4Si/C微米球以及微米结构的制备流程图Figure1.4SchematicfabricationprocessoftheSi/Cmicrosphereanditsmicrostructure
【参考文献】：
期刊论文
[1]Hierarchically 3D structured milled lamellar MoS2/nano-silicon@carbon hybrid with medium capacity and long cycling sustainability as anodes for lithium-ion batteries[J]. Peng Zhang,Qiang Ru,Honglin Yan,Xianhua Hou,Fuming Chen,Shejun Hu,Lingzhi Zhao. Journal of Materials Science & Technology. 2019(09)
本文编号：3524638
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