锂离子电池硅/铝系负极材料的制备及其电化学性能表征

发布时间：2024-03-30 08:43

　　锂离子二次电池是一种绿色新能源电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。目前广泛使用的商业锂离子电池负极材料主要为石墨,其理论容量为372mAh/g,在大电流充放电时容易出现析锂现象,不能很好的满足高性能锂离子电池发展的需求。单质硅的理论嵌锂容量高达4200 mAh/g(Li4.4Si),是石墨类负极材料(372mAh/g)理论容量的10余倍,其具有嵌/脱锂电位理想、与电解液反应活性低、资源丰富等诸多优点,被认为是最有希望取代目前石墨类负极材料的新一代锂离子电池负极材料。遗憾的是,单质硅在脱嵌锂过程中会产生80-400%的巨大体积变化,表现为锂离子电池在循环过程中硅负极材料发生破裂、粉化、结构崩塌,加之硅的导电性能差,最终导致锂离子电池的不可逆容量较高、循环稳定性较差。本文针对以上问题,以理论比容量高达4200 mAh/g的硅基材料为原料,基于酸刻蚀法,机械球磨法,超高压法,水浴法,高温热解法等多种方法,开展了多孔硅/铝,硅/铝/碳等硅/铝系负极材料的制备及其锂离子电池电化学性能表征。本工作有望借助多孔结构、第二相材料良好的机械性能以及硅铝的协同嵌锂效应来缓解硅材料的体积变化;...

【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 引言
    1.2 锂离子电池发展简介
    1.3 锂离子电池工作原理及特点
    1.4 锂离子电池负极材料研究概述
        1.4.1 碳材料
        1.4.2 金属及其合金类材料
        1.4.3 金属氧化物材料
        1.4.4 锂金属氮化物材料
    1.5 锂离子电池硅基负极材料研究概述
        1.5.1 多孔硅材料
        1.5.2 硅基复合材料
        1.5.3 纳米化材料
    1.6 选题依据及本文主要研究内容
第2章 实验方法
    2.1 实验材料与设备
    2.2 材料物理性能表征
        2.2.1 X射线粉末衍射
        2.2.2 扫描电子显微镜
        2.2.3 透射电子显微镜
    2.3 材料电化学性能表征
        2.3.1 电池的装配
        2.3.2 恒电流充放电测试
        2.3.4 循环伏安测试
        2.3.5 交流阻抗测试
第3章 酸刻蚀法制备多孔硅铝负极材料及其电化学性能表征
    3.1 引言
    3.2 单质硅及铝硅合金的性能表征
    3.3 铝硅合金粉的制备及性能表征
    3.4 多孔硅铝材料的制备及其电化学性能表征
        3.4.1 多孔硅铝材料的制备
        3.4.2 多孔硅铝材料的性能表征
    3.5 本章小结
第4章 机械球磨法制备Si-Al/C复合材料及其电化学性能表征
    4.1 引言
    4.2 球磨法制备Al₇₆Si₂₄/C复合材料及其电化学性能表
        4.2.1 Al₇₆Si₂₄/C复合材料的制备
        4.2.2 球磨时间对于Al₇₆Si₂₄/C复合材料性能的影响
        4.2.3 石墨含量对于Al₇₆Si₂₄/C复合材料性能的影响
    4.3 球磨法制备Si-Al/C三元复合材料及其电化学性能表征
        4.3.1 Si-Al/C三元复合材料的制备
        4.3.2 Si-Al/C三元复合材料性能表征
    4.4 本章小结
第5章 超高压法制备多孔硅材料及其电化学性能表征
    5.1 引言
    5.2 超高压法制备硅铝合金
    5.3 酸刻蚀法制备多孔硅及其性能表征
    5.4 以葡萄糖为碳源包覆多孔硅材料及其性能表征
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果



本文编号：3942106