镁热还原硅藻土制备硅负极材料及硅碳复合材料的合成研究

发布时间：2022-10-21 20:14

　　硅负极材料具有4200 mAh g^?1的理论容量,远高于商业化的石墨负极,成为最有前景的锂离子电池负极材料。硅具有适中的0.4 V对锂电位,同时硅作为地壳中第二大元素,储量丰富,来源广泛。但硅负极面临的最大问题是在脱嵌锂过程中体积膨胀大,导致材料颗粒破碎粉化,影响SEI膜的稳定性和循环寿命。另外,硅具有低的电子电导率低和离子扩散速率,导致硅负极材料的倍率性能差。本文通过镁热还原法合成纳米硅,经后期硅碳复合,旨在获得可控、经济的方式制备硅基负极复合材料。本文分析了镁热反应的基本原理,探索了镁热反应工艺的可行性,确定了先合成纳米硅再进行硅碳复合的工艺步骤。通过对原料硅藻土纯化,研究了温度、时间和气氛对纳米硅性能的影响。在100 mA g^?1的电流密度下制备的纳米硅首次放电容量为3053 mAh g^?1,首次充电容量为2519 mAh g^?1,首次库伦效率为82.5%。通过砂磨的方式预处理硅藻土,合成的纳米硅颗粒团聚现象减轻,具有良好的分散性。纳米硅的首次放电容量略有降低,但首次库伦效率85.6%。合成的... 

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 锂离子电池的研究背景及意义
    1.2 锂离子电池简介
        1.2.1 锂离子电池发展历程
        1.2.2 锂离子电池电化学反应原理
        1.2.3 锂离子电池的优缺点
    1.3 锂离子电池的发展趋势
        1.3.1 锂离子电池正极材料
        1.3.2 锂离子电池负极材料
        1.3.3 锂离子电池电解液
    1.4 锂离子电池硅负极材料
        1.4.1 硅负极材料的充放电机理
        1.4.2 硅负极材料存在的问题
        1.4.3 硅负极材料的研究进展
        1.4.4 硅负极材料的制备与合成方法
第二章 实验设备及表征方法
    2.1 实验材料及设备
    2.2 材料的物理表征测试
    2.3 极片制备与电池组装
    2.4 材料的电化学性能表征测试
第三章 镁热还原法制备纳米硅负极的研究
    3.1 引言
    3.2 镁热反应基本原理及热力学分析
    3.3 镁热反应初步设计及产物分析
        3.3.1 硅藻土进行镁热反应的初步分析
        3.3.2 聚丙烯掺入硅藻土进行镁热反应的分析
    3.4 纳米硅材料的制备工艺及性能表征
        3.4.1 硅藻土的纯化
        3.4.2 镁热反应工艺流程
        3.4.3 镁热反应温度对纳米硅性能的影响
        3.4.4 镁热反应时间对纳米硅性能的影响
        3.4.5 镁热反应气氛对纳米硅性能的影响
        3.4.6 氢氟酸酸洗产物对纳米硅性能的影响
        3.4.7 砂磨硅藻土对纳米硅性能的影响
    3.5 电池制备工艺对材料性能的影响
        3.5.1 粘结剂
        3.5.2 电解液添加剂
    3.6 不同硅原料进行镁热反应的研究
    3.7 本章小结
第四章 硅碳复合材料的制备与电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 硅碳复合材料制备工艺流程
    4.3 Si@C复合材料物理性能的表征
    4.4 Si@C复合材料电化学性能的表征
    4.5 硅含量对硅碳中间体的影响
    4.6 干燥工艺对材料性能的影响
    4.7 不同碳包覆对材料性能的影响
    4.8 本章小结
第五章 硅碳复合负极材料电解液的研究
    5.1 引言
    5.2 硅碳复合材料物理性能的表征
    5.3 单一电解液添加剂对硅碳复合材料性能的影响
    5.4 组合电解液添加剂对硅碳复合材料性能的影响
    5.5 本章小结
第六章 总结
参考文献
致谢
个人简历
攻读学位期间发表的学术成果



本文编号：3696305