高性能锂离子电池硅基负极材料的制备与电化学性能研究

发布时间：2023-03-14 18:14

　　锂离子电池是一种常见的二次电池,依靠锂离子在电极上发生氧化还原反应实现电能与化学能的转变。锂离子电池的充放电电压和比能量优于Ni-Cd、Ni-MH 电池数倍,循环寿命高,并且具有极佳的安全性能,不含对环境有污染的铅、汞等重金属元素。正是由于这些优点,锂离子电池已经普遍应用于各类电子设备。近年来,新能源汽车、大规模储能设备、5G技术以及AI等新兴技术逐渐发展,现有的锂离子电池难以满足使用要求,需要提高其能量密度等性能指标。负极材料作为锂离子电池的重要组成,对电池整体性能的作用不言而喻,是提高其能量密度的重要突破口。在此背景下,具有超十倍于石墨理论比容量的硅(4200 mAhg-1,Li4.4Si)成为研究热点。另外,硅的工作电压较低,能够发挥出较高的能量密度。然而硅同样存在着严重的掣肘。首先,硅在充放电过程中会发生较大的体积变化(约300%),导致硅材料本身结构和电极完整性的破坏,严重时发生极片粉化,引起可逆容量降低。其次,硅材料会和电解液成分发生反应,在材料表面不可逆地生成固态电解质层(SEI),消耗电解液和锂离子,同时SEI离子传导率较差,会引发材料的极化增加。另外,硅的体积变化会造...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池结构与储能原理
    1.3 锂离子电池负极材料应用及研究进展
    1.4 硅负极材料研究进展
        1.4.1 硅基负极材料的储能机理
        1.4.2 硅基负极材料SEI的生长机制
        1.4.3 多孔结构硅基负极材料
        1.4.4 一维硅基负极材料
        1.4.5 二维硅基负极材料
        1.4.6 硅碳复合负极材料
    1.5 氧化亚硅(SiO_x)负极材料研究进展
        1.5.1 SiO_x的结构
        1.5.2 SiO_x的锂化行为
        1.5.3 SiO_x的歧化处理及其对电化学性能的影响
        1.5.4 SiO_x的预锂化处理
    1.6 本文选题依据以及主要研究内容
第二章 实验材料与测试方法
    2.1 实验原料与仪器设备
        2.1.1 实验原料与化学试剂
        2.1.2 实验仪器与设备
    2.2 材料的表征与分析
        2.2.1 透射电子显微镜
        2.2.2 X射线衍射分析
        2.2.3 场发射扫描电子显微镜与能谱分析
        2.2.4 X射线光电子能谱分析
        2.2.5 拉曼光谱分析
        2.2.6 傅里叶变换红外光谱分析
        2.2.7 热重分析
    2.3 电化学性能测试
        2.3.1 锂离子电池电极制备与组装
        2.3.2 恒流充放电测试
        2.3.3 循环伏安测试
        2.3.4 交流阻抗测试
第三章 硅醇基修饰SiO_x包覆纳米硅壳核材料的制备及其在锂离子电池中的应用
    3.1 引言
    3.2 材料的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 形貌与结构表征
        3.3.2 电化学性能分析
    3.4 本章小结
第四章 钾离子调控SiO岐化反应及其在高性能锂离子电池的应用
    4.1 引言
    4.2 材料的制备
    4.3 实验结果与分析
        4.3.1 形貌与结构表征
        4.3.2 电化学性能分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
致谢
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本文编号：3762498