硅/碳复合材料的制备及其在锂离子电池中的应用研究
发布时间：2022-09-29 14:25
锂离子电池是一种高效的电化学储能器件,在手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备中已获得了广泛应用。近年来,飞速发展的各类电动汽车以及智能电网等领域赋予了锂离子电池更加广阔的应用前景,对锂离子电池的性能也提出了越来越高的要求。因此,需要开发具有更高能量密度、更高功率密度、更高安全性和更长循环寿命的新一代锂离子电池。锂离子电池性能的提升离不开对其正极、负极、隔膜和电解液四个主要部分的持续改进。硅具有极高的理论容量(3579 mAh g-1,接近商用石墨负极的十倍)、合适的工作电压、资源丰富、环境友好等优点,被视为很有希望的新一代锂离子电池负极材料。但是,硅在锂化过程中产生极大的体积膨胀,这带来了一系列的问题,严重影响了它的实际应用。将硅材料纳米化或者将硅与其它材料复合化可以有效地抑制硅的体积膨胀,改善其电化学性能。在本论文中,作者尝试利用硅纳米材料与碳基材料制备硅/碳复合材料,研究了这些复合材料在锂离子电池负极方面的应用。论文主要内容如下:1.镁热还原凹凸棒土制备的纳米硅材料在锂离子电池中的应用。设计了一种以资源丰富的天然黏土作为含硅前驱体,利用低成本的镁热还原制...
【文章页数】：98 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池发展简史
1.3 锂离子电池关键材料及其研究现状
1.3.1 正极材料
1.3.2 负极材料
1.4 硅基负极材料研究现状
1.4.1 硅纳米粒子在锂离子电池中的应用
1.4.2 硅纳米线/纳米管在锂离子电池中的应用
1.4.3 硅薄膜在锂离子电池中的应用
1.4.4 三维多孔硅在锂离子电池中的应用
1.4.5 微米级硅颗粒在锂离子电池中的应用
1.4.6 符合商业应用标准的石墨/硅复合材料
1.5 本论文选题依据及研究内容
参考文献
第二章 样品的制备、表征及测试方法
2.1 样品的制备方法
2.1.1 镁热还原
2.1.2 电子束蒸发
2.2 化学试剂与仪器设备
2.2.1 化学试剂
2.2.2 实验仪器与设备
2.3 样品的表征与测试技术
2.3.1 材料性能表征
2.3.2 材料的电化学性能测试
参考文献
第三章 镁热还原凹凸棒土制备的纳米硅材料在锂离子电池中的应用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 凹凸棒土预处理及镁热还原
3.2.2 多巴胺包覆及碳化处理
3.2.3 物理表征
3.2.4 电极涂覆与锂离子电池组装
3.3 结果与讨论
3.4 本章小结
参考文献
第四章 固定在纳米集流体上的碳包覆硅纳米粒子/石墨烯多层复合物作为锂离子电池负极
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 纳米集流体的制备
4.2.2 碳包覆硅/石墨烯多层电极制备
4.2.3 电化学性能测试
4.3 结果与讨论
4.4 本章小结
参考文献
第五章 界面修饰的轻质泡沫碳集流体/硅电极用于高能量密度锂离子全电池
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 集流体制备
5.2.2 钛和硅薄膜沉积
5.2.3 电化学性能测试
5.3 结果与讨论
5.4 本章小结
参考文献
第六章 总结与展望
6.1 本论文的主要结论
6.2 工作展望
在学期间的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极材料产业化技术进展[J]. 陆浩,刘柏男,禇赓,郑杰允,罗飞,邱新平,李辉,刘芳,冯苏宁,陈卫,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2016(02)
[2]规模化储能技术典型示范应用的现状分析与启示[J]. 胡娟,杨水丽,侯朝勇,许守平,惠东. 电网技术. 2015(04)
[3]锂离子电池基础科学问题（Ⅷ）——负极材料[J]. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 储能科学与技术. 2014(02)
[4]大规模电化学储能系统发展现状及示范应用综述[J]. 许守平,李相俊,惠东. 电力建设. 2013(07)
[5]锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 王玲,高朋召,李冬云,黄诗婷,肖汉宁. 硅酸盐通报. 2013(01)
[6]几类面向电网的储能电池介绍[J]. 蒋凯,李浩秒,李威,程时杰. 电力系统自动化. 2013(01)
[7]大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J]. 国家电网公司"电网新技术前景研究"项目咨询组,王松岑,来小康,程时杰. 电力系统自动化. 2013(01)
[8]储能技术在电力系统中的研究进展[J]. 骆妮,李建林. 电网与清洁能源. 2012(02)
[9]锂离子电池碳负极材料研究进展[J]. 孙学亮,秦秀娟,卜立敏,吴伟. 有色金属. 2011(02)
[10]锂离子电池正极材料的结构设计与改性[J]. 王兆翔,陈立泉,黄学杰. 化学进展. 2011(Z1)
博士论文
[1]高性能锂离子电池硅/锗电极的设计与制备[D]. 杨智博.兰州大学 2015
硕士论文
[1]镁热还原法制备硅负极材料及纳米氧化铁的可控合成研究[D]. 霍瑛.浙江大学 2014
[2]ZnO/Si异质结太阳能电池的制备[D]. 张籍权.大连理工大学 2009
本文编号：3682758
【文章页数】：98 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池发展简史
1.3 锂离子电池关键材料及其研究现状
1.3.1 正极材料
1.3.2 负极材料
1.4 硅基负极材料研究现状
1.4.1 硅纳米粒子在锂离子电池中的应用
1.4.2 硅纳米线/纳米管在锂离子电池中的应用
1.4.3 硅薄膜在锂离子电池中的应用
1.4.4 三维多孔硅在锂离子电池中的应用
1.4.5 微米级硅颗粒在锂离子电池中的应用
1.4.6 符合商业应用标准的石墨/硅复合材料
1.5 本论文选题依据及研究内容
参考文献
第二章 样品的制备、表征及测试方法
2.1 样品的制备方法
2.1.1 镁热还原
2.1.2 电子束蒸发
2.2 化学试剂与仪器设备
2.2.1 化学试剂
2.2.2 实验仪器与设备
2.3 样品的表征与测试技术
2.3.1 材料性能表征
2.3.2 材料的电化学性能测试
参考文献
第三章 镁热还原凹凸棒土制备的纳米硅材料在锂离子电池中的应用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 凹凸棒土预处理及镁热还原
3.2.2 多巴胺包覆及碳化处理
3.2.3 物理表征
3.2.4 电极涂覆与锂离子电池组装
3.3 结果与讨论
3.4 本章小结
参考文献
第四章 固定在纳米集流体上的碳包覆硅纳米粒子/石墨烯多层复合物作为锂离子电池负极
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 纳米集流体的制备
4.2.2 碳包覆硅/石墨烯多层电极制备
4.2.3 电化学性能测试
4.3 结果与讨论
4.4 本章小结
参考文献
第五章 界面修饰的轻质泡沫碳集流体/硅电极用于高能量密度锂离子全电池
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 集流体制备
5.2.2 钛和硅薄膜沉积
5.2.3 电化学性能测试
5.3 结果与讨论
5.4 本章小结
参考文献
第六章 总结与展望
6.1 本论文的主要结论
6.2 工作展望
在学期间的研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极材料产业化技术进展[J]. 陆浩,刘柏男,禇赓,郑杰允,罗飞,邱新平,李辉,刘芳,冯苏宁,陈卫,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2016(02)
[2]规模化储能技术典型示范应用的现状分析与启示[J]. 胡娟,杨水丽,侯朝勇,许守平,惠东. 电网技术. 2015(04)
[3]锂离子电池基础科学问题（Ⅷ）——负极材料[J]. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 储能科学与技术. 2014(02)
[4]大规模电化学储能系统发展现状及示范应用综述[J]. 许守平,李相俊,惠东. 电力建设. 2013(07)
[5]锂离子电池正极材料的研究进展[J]. 王玲,高朋召,李冬云,黄诗婷,肖汉宁. 硅酸盐通报. 2013(01)
[6]几类面向电网的储能电池介绍[J]. 蒋凯,李浩秒,李威,程时杰. 电力系统自动化. 2013(01)
[7]大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J]. 国家电网公司"电网新技术前景研究"项目咨询组,王松岑,来小康,程时杰. 电力系统自动化. 2013(01)
[8]储能技术在电力系统中的研究进展[J]. 骆妮,李建林. 电网与清洁能源. 2012(02)
[9]锂离子电池碳负极材料研究进展[J]. 孙学亮,秦秀娟,卜立敏,吴伟. 有色金属. 2011(02)
[10]锂离子电池正极材料的结构设计与改性[J]. 王兆翔,陈立泉,黄学杰. 化学进展. 2011(Z1)
博士论文
[1]高性能锂离子电池硅/锗电极的设计与制备[D]. 杨智博.兰州大学 2015
硕士论文
[1]镁热还原法制备硅负极材料及纳米氧化铁的可控合成研究[D]. 霍瑛.浙江大学 2014
[2]ZnO/Si异质结太阳能电池的制备[D]. 张籍权.大连理工大学 2009
本文编号：3682758
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3682758.html
