新型结构硅基负极材料制备及电化学性能研究

发布时间：2025-01-04 00:09

　　当前,新能源汽车动力锂离子电池能量密度严重不足,取代传统燃油车任重道远。提高动力锂离子电池能量密度的主要途径是采用新型高容量正负极材料。与常规石墨类负极相比,硅基负极材料具有高的理论克容量;但是,大量的锂离子嵌入与脱出过程中伴随着硅体积膨胀与收缩,导致活性材料颗粒破碎、电接触变差、SEI膜不稳定,最终导致硅负极材料效率降低、循环容量衰减快。研究表明,硅材料低维化及硅氧化物能够有效阻止活性成分粉化,提升活性材料的电化学性能。本文主要致力于新型结构硅和硅氧化物负极材料的制备及电化学性能研究,重点研究了二维结构硅材料、二维结构氧化亚硅材料、不同氧含量的二维结构硅氧化物材料及氧化亚硅表面复合硅纳米线材料。利用XRD、FTIR、Raman和SAED对材料进行结构分析;利用ss-NMR、XPS和XRF对材料进行成分分析;利用SEM和TEM对材料进行形貌表征;利用恒流充放电技术、GITT和EIS等电化学表征技术对活性材料锂化机理进行深入分析。本论文工作总结如下:（1）采用Sn⁴⁺氧化还原辅助溶剂热法,优化制备工艺参数剥离CaSi₂制备二维结构硅材料,并研究了...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池简介
        1.2.1 锂离子电池简史
        1.2.2 锂离子电池工作原理
    1.3 锂离子电池负极材料简介
        1.3.1 嵌入型负极
        1.3.2 合金化负极
        1.3.3 转换反应负极
        1.3.4 锂金属负极
    1.4 硅负极材料研究进展
        1.4.1 硅负极储锂机制
        1.4.2 硅负极改性研究
    1.5 硅氧化物负极材料研究进展
        1.5.1 硅氧化物结构
        1.5.2 硅氧化物负极储锂机制
        1.5.3 硅氧化物负极改性研究
    1.6 本论文选题思路及研究内容
第二章 二维结构硅材料制备及电化学性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 实验过程
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 二维硅材料的形貌与结构分析
        2.3.2 二维硅材料的电化学性能研究
    2.4 本章小结
第三章 二维结构氧化亚硅制备及电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂与仪器
        3.2.2 实验过程
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 碱处理对CaSi₂结构及形貌影响
        3.3.2 硅氧烯到二维氧化亚硅的形貌与结构演变
        3.3.3 硅氧烯和二维氧化亚硅的存储稳定性
        3.3.4 硅氧烯和二维氧化亚硅的电化学性能研究
    3.4 本章小结
第四章 二维结构硅氧化物的氧含量调控及电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验试剂与仪器
        4.2.2 实验过程
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 硅氧化物的氧含量可控调节与表征
        4.3.2 不同氧含量硅氧化物的物性表征
        4.3.3 不同氧含量硅氧化物的电化学性能研究
        4.3.4 硅氧烯氧化机理分析
    4.4 本章小结
第五章 氧化亚硅表面复合硅纳米线的制备及电化学性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验试剂与仪器
        5.2.2 实验过程
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 氧化亚硅/硅纳米线的形貌及结构表征
        5.3.2 氧化亚硅/硅纳米线的电化学性能研究
    5.4 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：4022597