坡缕石基硅碳复合材料的制备及储锂性能研究
发布时间：2023-06-04 22:08
目前,作为锂离子电池商业化负极材料的石墨,其理论比容量仅有372mAh g-1,早已不能满足人们对于高能量密度锂离子电池的需求。而在近年来的研究中,硅基负极材料由于理论比容量高(～4200 mAh g-1)、嵌锂电位低(0.4V左右)而被认为是新一代锂离子电池最具应用潜力的负极材料体系。但是,硅在嵌锂过程中会发生巨大的体积膨胀(～300%),易造成材料结构完整性破坏,并连续形成不稳定固态电解质(SEI)膜,电极循环过程中容量衰减、库伦效率低、循环稳定性差等不利影响,严重阻碍了硅基负极材料的实用化进程。基于此,为了获得高性能硅基负极材料,本论文选取廉价的坡缕石为硅源,以石墨烯或阿拉伯树胶为碳源,构建多种硅碳复合材料,并研究了其构效关系。论文的主要内容如下:1.选取廉价易得的坡缕石为硅源,采用镁热还原方法成功制备得了到纳米硅颗粒,并研究了原料配比(1:5-1:1)、热处理温度(850-1050℃)、保温时间(4-8小时)等制备工艺参数对产物硅的形貌及储锂性能的影响规律,优化得到最佳制备工艺。结果表明,当坡缕石与镁粉的质量比为1:3,经950℃×5...
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 前言
1.2 锂离子电池简介
1.2.1 锂离子电池发展史
1.2.2 锂离子电池组成及工作原理
1.2.3 锂离子电池的特点
1.3 锂离子电池负极材料概况
1.3.1 碳基负极材料
1.3.2 非碳基负极材料
1.4 硅基负极材料的研究现状
1.4.1 硅基负极材料面临的问题
1.4.2 硅基负极材料的性能提升策略
1.5 本论文的研究意义、研究内容和研究目标
1.5.1 本论文的研究意义
1.5.2 本论文的研究内容与目标
第2章 实验材料及表征方法
2.1 实验材料
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验设备
2.2 材料物理表征方法
2.2.1 扫描电子显微镜(FE-SEM)
2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
2.2.3 能谱分析(EDS)
2.2.4 X射线粉末衍射仪(XRD)
2.2.5 X射线光电子能谱仪(XPS)
2.2.6 激光拉曼光谱(Raman)
2.2.7 热重分析仪(TGA)
2.3 电化学性能测试
2.3.1 电极制备
2.3.2 电池组装
2.3.3 充放电测试
2.3.4 循环伏安(CV)与交流阻抗(EIS)测试
第3章 坡缕石基纳米硅的可控制备及工艺的优化
3.1 前言
3.2 材料制备及表征
3.2.1 坡缕石的预处理
3.2.2 纳米硅的制备
3.3 反应温度对坡缕石基硅材料的结构及电化学性能的影响
3.3.1 反应温度对纳米硅颗粒成分及形貌的影响
3.3.3 反应温度对纳米硅颗粒的电化学性能的影响
3.4 反应时间对坡缕石基硅材料的结构及电化学性能的影响
3.4.1 反应时间对纳米硅颗粒成分及形貌的影响
3.4.2 反应时间对纳米硅颗粒电化学性能的影响
3.5 镁粉的添加量对坡缕石基硅材料的结构及电化学性能的影响
3.5.1 镁粉的添加量对纳米硅颗粒成分及形貌的影响
3.5.2 镁粉的添加量对纳米硅颗粒电化学性能的影响
3.6 本章小结
第4章 硅/石墨烯复合材料的制备及其储锂性能
4.1 前言
4.2 实验原料的制备
4.2.1 氧化石墨烯(GO)的制备
4.2.2 硅/石墨烯复合材料的制备
4.3 硅/石墨烯复合材料的结构表征及电化学性能测试
4.3.1 GO含量对硅/石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响
4.3.2 水热温度对硅/石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响
4.3.3 碳化温度对硅/石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响
4.4 本章小结
第5章 硅/碳复合材料的制备及其储锂性能
5.1 前言
5.2 实验原料的制备
5.3 硅/碳复合材料的结构表征及电化学性能测试
5.3.1 阿拉伯树胶含量对硅/碳复合材料结构及电化学性能的影响
5.3.2 水热温度对硅/碳复合材料结构及电化学性能的影响
5.3.3 碳化温度对硅/碳复合材料结构及电化学性能的影响
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
本文编号：3831113
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 前言
1.2 锂离子电池简介
1.2.1 锂离子电池发展史
1.2.2 锂离子电池组成及工作原理
1.2.3 锂离子电池的特点
1.3 锂离子电池负极材料概况
1.3.1 碳基负极材料
1.3.2 非碳基负极材料
1.4 硅基负极材料的研究现状
1.4.1 硅基负极材料面临的问题
1.4.2 硅基负极材料的性能提升策略
1.5 本论文的研究意义、研究内容和研究目标
1.5.1 本论文的研究意义
1.5.2 本论文的研究内容与目标
第2章 实验材料及表征方法
2.1 实验材料
2.1.1 实验药品
2.1.2 实验设备
2.2 材料物理表征方法
2.2.1 扫描电子显微镜(FE-SEM)
2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
2.2.3 能谱分析(EDS)
2.2.4 X射线粉末衍射仪(XRD)
2.2.5 X射线光电子能谱仪(XPS)
2.2.6 激光拉曼光谱(Raman)
2.2.7 热重分析仪(TGA)
2.3 电化学性能测试
2.3.1 电极制备
2.3.2 电池组装
2.3.3 充放电测试
2.3.4 循环伏安(CV)与交流阻抗(EIS)测试
第3章 坡缕石基纳米硅的可控制备及工艺的优化
3.1 前言
3.2 材料制备及表征
3.2.1 坡缕石的预处理
3.2.2 纳米硅的制备
3.3 反应温度对坡缕石基硅材料的结构及电化学性能的影响
3.3.1 反应温度对纳米硅颗粒成分及形貌的影响
3.3.3 反应温度对纳米硅颗粒的电化学性能的影响
3.4 反应时间对坡缕石基硅材料的结构及电化学性能的影响
3.4.1 反应时间对纳米硅颗粒成分及形貌的影响
3.4.2 反应时间对纳米硅颗粒电化学性能的影响
3.5 镁粉的添加量对坡缕石基硅材料的结构及电化学性能的影响
3.5.1 镁粉的添加量对纳米硅颗粒成分及形貌的影响
3.5.2 镁粉的添加量对纳米硅颗粒电化学性能的影响
3.6 本章小结
第4章 硅/石墨烯复合材料的制备及其储锂性能
4.1 前言
4.2 实验原料的制备
4.2.1 氧化石墨烯(GO)的制备
4.2.2 硅/石墨烯复合材料的制备
4.3 硅/石墨烯复合材料的结构表征及电化学性能测试
4.3.1 GO含量对硅/石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响
4.3.2 水热温度对硅/石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响
4.3.3 碳化温度对硅/石墨烯复合材料结构及电化学性能的影响
4.4 本章小结
第5章 硅/碳复合材料的制备及其储锂性能
5.1 前言
5.2 实验原料的制备
5.3 硅/碳复合材料的结构表征及电化学性能测试
5.3.1 阿拉伯树胶含量对硅/碳复合材料结构及电化学性能的影响
5.3.2 水热温度对硅/碳复合材料结构及电化学性能的影响
5.3.3 碳化温度对硅/碳复合材料结构及电化学性能的影响
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
本文编号：3831113
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