气相沉积法制备新型硅碳负极材料及其电化学性能研究

发布时间：2022-12-18 03:46

　　硅基材料具有较高的理论容量,远远大于传统的石墨负极材料,被认为是目前最有前景的新型锂离子电池负极材料。然而,此类材料在嵌脱锂过程中存在严重的体积膨胀等问题,导致活性颗粒粉化,材料原有结构被破坏,容量快速衰减,制约了其商业化应用。本论文针对硅基负极材料在实际应用中体积膨胀的问题,通过对材料的歧化刻蚀和碳纳米纤维包覆来改其循环性能,并深入分析材料容量衰减机制,采用化学气相沉积（CVD）和高温歧化的方法制备了硅碳复合负极材料,利用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析（TGA）等方法对材料的微观结构和表面形貌进行了分析,并采用恒电流充放电（D-C）、循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法测试了其电化学性能。论文主要包括以下内容:1.以石墨为原料,采用化学气相沉积法制备了系列石墨/碳纳米纤维复合材料,证实碳纳米纤维的包覆可以改善材料的电化学性能,石墨/碳纳米纤维复合材料的循环性能相比纯石墨材料循环容量增加,但首次库伦效率下降。含有20%碳纳米纤维的石墨/碳纳米纤维复合材料,首次放电比容量为649mAh/g,经过50次充放电后容量仍保持为40... 

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池概述
        1.2.1 锂离子电池的发展
        1.2.2 锂离子电池的工作原理与特点
        1.2.3 锂离子电池的组成和结构
    1.3 锂电池负极材料概述
        1.3.1 锂离子负极材料的特点
        1.3.2 锂离子负极材料的种类
    1.4 硅基负极材料的概况
        1.4.1 硅基负极材料的储锂特性
        1.4.2 硅基负极材料的存在问题
        1.4.3 改善硅基负极材料性能的策略
    1.5 硅碳复合材料的制备与研究进展
        1.5.1 硅碳复合材料的制备
        1.5.2 化学气相沉积的反应机理
        1.5.3 纳米碳纤维生长的影响因素
        1.5.4 硅碳复合材料的分类
    1.6 本课题研究意义及内容
        1.6.1 本课题的研究意义
        1.6.2 本课题的主要内容
第2章 实验部分
    2.1 实验药品
    2.2 实验设备和装置
    2.3 材料的表征分析
        2.3.1 扫描电镜(SEM)分析
        2.3.2 透射电镜(TEM)分析
        2.3.3 X射线衍射仪(XRD)分析
        2.3.4 比表面积(BET)分析
        2.3.5 热重(TG)分析
        2.3.6 X射线光电子能谱(XPS)分析
        2.3.7 拉曼光谱(Raman)分析
    2.4 电池组装
第3章 石墨/碳纳米纤维复合材料制备及其性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 催化剂的负载
        3.2.2 化学气相沉积
        3.2.3 催化剂的脱除
        3.2.4 分析表征
        3.2.5 电极片的制备和电池的组装
        3.2.6 电化学性能测试
        3.2.7 实验反应装置
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 结构与形貌
        3.3.2 成分分析
        3.3.3 电化学分析
    3.4 本章小结
第4章 硅基负极材料电化学性能的因素探究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 催化剂的负载
        4.2.2 化学气相沉积
        4.2.3 催化剂的脱除
        4.2.4 分析表征
        4.2.5 电极片的制备和电池的组装
        4.2.6 电化学性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 结构与形貌
        4.3.2 成分分析
        4.3.3 电化学分析
    4.4 本章小结
第5章 新型硅/碳纳米纤维复合材料制备及其性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 硅源的预处理
        5.2.2 催化剂的负载
        5.2.3 化学气相沉积
        5.2.4 催化剂的脱除
        5.2.5 分析表征
        5.2.6 电极片的制备和电池的组装
        5.2.7 电化学性能测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 结构与形貌
        5.3.2 成分分析
        5.3.3 电化学分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
硕士期间发表论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]从锂离子电池的发展看2019年诺贝尔化学奖[J]. 杨晓晶.  化学教育(中英文). 2019(22)

博士论文
[1]纳米碳纤维块体的制备及其应用研究[D]. 葛翔.华东理工大学 2016

硕士论文
[1]锂离子电池硅负极改性及基SEI膜研究[D]. 黄世强.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) 2018
[2]酚醛树脂热解炭包覆石墨化针状焦用于锂离子电池负极材料的研究[D]. 赵跃.华东理工大学 2012



本文编号：3721271