磁控溅射技术制备锂离子电池Si-Ag薄膜负极材料及性能研究

发布时间：2024-06-04 21:23

　　由于硅材料具有高达4200 mAh g-1的理论比容量,成为最有希望代替石墨(372 mAh g-1)的新一代锂离子电池负极材料。然而硅负极材料的循环稳定性极差,这是因为在脱/嵌锂过程中巨大的体积膨胀(>300%)会导致电极结构的破碎。此外,其低的固有电导率(10-3 S/cm)阻碍了充/放电过程的电化学动力学,从而影响了倍率性能的提高,阻碍了硅负极材料在实际中的应用。通过构建Si-M(M=Mg、Cr、C等)复合结构材料,不仅能提高硅材料的电子电导率,而且第二相的延展性或疏松特性能够缓冲体积膨胀。本文以银薄膜作为修饰层,用磁控溅射法制备了Si-Ag薄膜,并探究了银薄膜的引入对硅基负极材料性能的影响,在此基础上取得了以下主要创新成果:1.通过磁控溅射技术,以铜箔作为集流体,制备了 Si/Cu、Ag/Si/Cu、Si/Ag/Si/Cu和Si/Ag/Cu四种结构薄膜材料,并探究了何种结构循环性能最优。研究表明,银薄膜作为嵌入层时(Si/Ag/Si/Cu结构)不仅表现出最高的面积比容量和最优的循环稳定性(充放电的电流密度为65.2 μAcm-2的条件下,150次循环后,面积比容量为111...

【文章页数】：80 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 锂离子电池硅基负极材料研究进展
        1.2.1 硅基负极材料电解液、添加剂等的改进
        1.2.2 硅基负极材料集流体的改性
        1.2.3 微纳结构硅基负极材料
    1.4 本论文的主要研究内容
    1.5 本论文的创新点
第二章 样品制备和表征仪器
    2.1 超高真空磁控设备简介
    2.2 形貌与物相分析
        2.2.1 扫描电子显微镜
        2.2.2 拉曼光谱仪
        2.2.3 X-射线光电子能谱仪
    2.3 手套箱简介
    2.4 扣式电池的组装与测试
        2.4.1 扣式电池的组装
        2.4.2 电化学工作站
        2.4.3 电池测试仪
第三章 不同结构Si-Ag薄膜负极材料的制备及性能表征
    3.1 引言
    3.2 非晶硅和银薄膜的生长参数
    3.3 非晶硅薄膜负极材料的厚度效应
    3.4 不同结构Si-Ag薄膜的形貌与物相分析
    3.5 不同结构Si-Ag薄膜负极的电化学性能研究
    3.6 本章小结
第四章 Ag薄膜的厚度对电化学性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验方法与参数
    4.3 实验结果
        4.3.1 Ag薄膜厚度对Si/Ag/Si薄膜负极循环稳定性的影响
        4.3.2 锂离子扩散系数
        4.3.3 机理分析
    4.4 本章小结
第五章 多层Si/Ag/Si薄膜负极材料的退火性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验参数设置
    5.3 实验结果
        5.3.1 元素分析
        5.3.2 退火温度对多层Si/Ag/Si薄膜负极材料电化学性能的影响
        5.3.3 失效机理分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本论文的主要结论
    6.2 展望
参考文献
附录 攻读硕士期间获得的成果和奖励
致谢



本文编号：3989186