锂离子电池硅负极材料表面铜修饰与合金化研究

发布时间：2025-02-06 19:57

　　近年来在全社会对环保高度关注下,新能源汽车行业与新能源电站储能快速发展,对于锂离子电池的容量密度、快充以及安全性等要求进一步提高。目前应用最成熟的石墨负极材料的实际容量已逼近理论极限值,而硅负极材料因超十倍于石墨的高理论容量、高嵌锂电位不易析锂、高自然丰度等显著优点受到了广泛关注,被认为是最可能的下一代锂离子电池负极材料。但硅的高嵌锂容量伴随的电化学反应中巨大的体积变化效应,以及硅作为半导体所具有的较差的导电性,严重限制了硅负极材料的电化学性能,也是硅负极材料走向商业化的主要阻碍。过去关于硅负极材料的许多改善研究中涉及到复杂的合成手段与高昂的原料成本,本文从更适合产业化的低成本角度出发,采用光伏碎硅片球磨制备的亚微米级硅颗粒作为原料,探究了无电化学沉积法铜修饰的工艺得到了电阻更低铜修饰的Si/Cu颗粒,并进一步探究了快速热处理的不同工艺参数制备了复合结构的Si/Cu3Si/Cu颗粒,并验证对电化学性能的改善。本文主要研究结果总结如下:(1)无电化学沉积中,CuSO4+HF的沉积液体系能够达到较好的沉积效果。以产物电性能与沉积均匀性为判断依据,沉积液体系中CuSO4浓度与沉积转速参数均存在...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２】８６５０型号电池的外形和内部结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｅｘｔｅｒｎａｌ?ａｎｄ?ｉｎｔｅｒｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?１８６５０?ｃｅｌｌ?ｔｙｐｅ??

?第］章绪论???直至目前锂离子电池主流正极材料市场仍是由磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元??材料所占据。近年来由于新能源电动汽车行业的兴起，人们对于锂离子电池研究??热度只增不减，各种不同村料和结构的锂离子电池投入研发和应用。??１．２．２锂离子电池工作原理??目前商业化应用的锂....

图１．３锂离子电池的工作原理示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ａ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??

ＬｉＦｅＰＣＵ为正极，石墨为负极的锂离子电池为??例，电池充放电过程中电池内部发生的反应式如式１．１，从左到右为充电，从右??到左为放电。为直观起见，图】．３为锂离子电池充放电的示意图。??正极反应：ＬｉＦｅＰＣＵ?ｂ?ｘ?Ｌｉ＋?＋?Ｌｉｉ－ｘＦｅＰ〇４?＋?ｘ?ｅ－??负极反....

图１．４硅负极材料粉化失效示意图［１７】??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｒａｃｋｉｎｇ?ｆａｉｌｕｒｅ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ?ａｎｏｄｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ＾７！??

??如上一节提到的，硅负极的高容量得益于Ｓｉ原子能够结合更多锂离子。然??而硅负极的高嵌锂容量伴随着致命的缺点，当Ｓｉ嵌锂转变为Ｌｉ４．４Ｓｉ合金时，由??于硅晶格嵌入大量锂离子产生的体积膨胀约为３００％［１７１。这种锂嵌入脱嵌过程中??的膨胀效应会引起较大应力，可能导致硅负极的....

图１．６集流体上直接生长的桂纳米线（Ｓｉ?ＮＷｓ）示意图［ｌ７１??

??示出再结晶过程。即纳米结构化的硅有助于缓冲在锂化和脱锂过程中各向同性??应力。Ｃｈａｎ的工作的意义不仅在于发现１维硅材料的性能提高，而且还为探索??更复杂的硅结构提供了启示。??Ｎａｎｏｗｉｒｅｓ??ｆ＂?ｆ＇?ｆ??ｆｉ?ｒｊ?１１??＿?｜?Ｉ?Ｊ?ｊ?Ｆａｃｉｌｅ?ｓｔ....

本文编号：4030831