纳米有序介孔Si/SiOx/C锂离子电池负极材料制备与电化学性能研究

发布时间：2022-12-11 08:37

　　在锂离子电池负极材料中,硅以最高的理论比容量（～3580 mAh·g-1,Li14Si5）和适中的嵌/脱锂电位而受到广泛关注,但又受限于较差的循环稳定性及倍率性能而没能实现商业化应用。原因主要有两点：（1）硅在充放电过程中巨大的体积膨胀效应,导致硅颗粒粉化碎裂,与集流体失去电接触。（2）硅的电子电导率较低,进行快速充放电时,倍率性能较差。针对硅基负极材料上述问题,本论文主要通过对材料进行结构设计,制备了一系列多孔硅基复合材料,通过材料中丰富的孔隙有效缓解硅循环过程中的体积效应,使材料的循环稳定性得以显著提高。为了提高电极材料的导电性,对单质硅进行碳或聚苯胺的复合,加快电子的传输,从而提高电池的倍率性能。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、氮气吸脱附法及拉曼光谱对样品物相和微观形貌进行了表征。本论文主要研究结果如下：（1）分别以介孔二氧化硅分子筛SBA-15、天然矿物硅藻土、工业废料微硅粉为原料,通过镁热还原反应,制备了3种多孔单质硅材料。得益于材料中丰富的孔隙对硅颗粒在充放电过程中应力的缓解作用,3种多孔硅材料均表现出较好的循环稳定性。其中,... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 锂离子电池及其发展现状
        1.1.1 锂离子电池概念、定义及优势
        1.1.2 锂离子电池工作原理
        1.1.3 锂离子电池发展历程及应用概述
        1.1.4 动力电池及储能电池发展现状
    1.2 锂离子电池关键材料
        1.2.1 锂离子电池正极材料
        1.2.2 负极材料
        1.2.3 电解液
        1.2.4 隔膜材料
    1.3 硅基负极材料
        1.3.1 纳米化单质硅负极材料
        1.3.2 Si/C复合材料
        1.3.3 Si/多聚物复合材料
        1.3.4 其他负极材料
    1.4 本文的研究目的和内容
第二章 实验方法
    2.1 实验试剂与仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料物理性质表征
        2.2.1 X射线衍射
        2.2.2 扫描电子显微镜
        2.2.3 透射电子显微镜
        2.2.4 拉曼光谱测试
        2.2.5 比表面积及孔径测试
    2.3 材料电化学性能表征
        2.3.1 电池组装
        2.3.2 恒电流充放电测试
    2.4 Si基复合纳米结构制备方法
        2.4.1 镁热还原法
        2.4.2 溶液沉积—高温热解制备碳包覆层
        2.4.3 原位反应聚合制备Si/PANi 3D纳米复合结构
第三章 多孔单质硅负极材料的制备及电化学性能
    3.1 引言
    3.2 镁热还原法制备多孔单质硅负极材料
        3.2.1 介孔硅负极材料的制备
        3.2.2 对比材料的制备
    3.3 多孔单质硅负极材料的表征
        3.3.1 材料的物相分析
        3.3.2 材料的微观形貌分析
    3.4 材料的电化学性能表征
        3.4.1 材料的循环伏安及充放电曲线特征
        3.4.2 材料的循环性能
        3.4.3 材料的倍率性能
    3.5 SBA-15镁热还原液态反应模型讨论
    3.6 本章小结
第四章 介孔硅/碳复合材料的制备及其电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 介孔硅/碳复合材料的制备
    4.3 介孔硅/碳复合材料的形貌表征
    4.4 介孔硅/碳复合材料的电化学性能测试
        4.4.1 电压—容量曲线
        4.4.2 循环性能
        4.4.3 倍率性能
    4.5 本章小结
第五章 介孔硅/聚苯胺复合材料的制备及其电化学性能研究
    5.1 引言
    5.2 介孔硅/聚苯胺复合材料的制备
    5.3 介孔硅/聚苯胺复合材料的形貌表征
    5.4 介孔硅/聚苯胺复合材料的电化学性能测试
        5.4.1 循环性能
        5.4.2 倍率性能
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
附录A 攻读硕士学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]储能技术的发展机遇与挑战[J]. 唐征歧,周汉涛.  电源技术. 2014(01)
[2]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)
[3]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)



本文编号：3718467