不同硅烷偶联剂改性下的锂离子电池用硅基负极材料的研究

发布时间：2017-09-02 04:19

  本文关键词：不同硅烷偶联剂改性下的锂离子电池用硅基负极材料的研究

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【摘要】：本文主要通过对纳米硅进行修饰处理,以期缓解其在脱嵌锂过程中发生的体积与结构的变化,进而获得循环性能稳定的锂离子电池用硅基负极材料。本文首先采用不同硅烷偶联剂(KH560、WD-10、A-171)对纳米硅进行改性处理,制备出具有有机膜层包覆的硅负极材料;另一个研究内容是对纳米硅采用偶联剂和聚苯胺进行双层包覆。除此之外,还对改性后的材料进行了烧结处理等。本文通过原位聚合法在纳米硅表面包覆了硅烷偶联剂有机膜层。当包覆的偶联剂为KH560时,经改性处理后材料的首次可逆容量为2057.3 m Ah/g,120次循环后的可逆容量为1006.1 m Ah/g,容量保持率为48.9%;当包覆层为WD-10时,相应材料的首次可逆容量为2390.2 m Ah/g,循环30圈后可逆容量仍可达到1785.5 m Ah/g,库伦效率为95.3%,容量保持率为74.7%;当形成A-171有机包覆层时,改性后的纳米硅材料的首次可逆容量为2195.4 m Ah/g,循环29圈后,其可逆容量为1808.6 m Ah/g,库伦效率为95.7%,容量保持率82.4%。与纯纳米硅相比,三种偶联剂修饰后的纳米硅材料的电化学性能均获得很大地提升。本文也尝试制备了具有双层包覆结构的纳米硅材料(聚苯胺/偶联剂/纳米硅),得到材料的循环稳定性获得了明显提升。当以100 m A/g的电流密度进行充放电测试时,该材料在循环20圈后,其可逆容量仍可达到2736.4 m Ah/g,容量保持率可达到96.2%;而当以500 m A/g的电流密度进行循环测试时,该材料在循环60圈后,其可逆容量为1052.5 m Ah/g,容量保持率为74.2%。
【关键词】：锂离子电池 硅烷偶联剂 纳米硅 聚苯胺
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 引言9
• 1.2 研究内容概况9-12
• 1.2.1 锂离子电池工作原理9-11
• 1.2.2 硅负极的表面处理11-12
• 1.3 相关领域国内外研究现状12-17
• 1.3.1 锂离子电池硅基负极材料的研究现状12-15
• 1.3.2 硅烷偶联剂的研究现状15-17
• 1.4 本文的研究目的与内容17-19
• 第2章 实验材料与研究方法19-26
• 2.1 实验药品与仪器19-20
• 2.1.1 实验药品19
• 2.1.2 实验仪器19-20
• 2.2 材料的制备20-23
• 2.2.1 硅烷偶联剂改性纳米硅20-22
• 2.2.2 偶联剂修饰材料的烧结处理22
• 2.2.3 双层包覆材料的制备22-23
• 2.3 材料的表征测试23-24
• 2.3.1 X射线粉末衍射仪（XRD）23
• 2.3.2 傅里叶红外转换光谱（FTIR）23
• 2.3.3 扫描电子显微镜（SEM）23-24
• 2.3.4 透射电子显微镜（TEM）24
• 2.3.5 热重分析仪（TG）24
• 2.4 电极的制备和扣式电池的组装24-25
• 2.4.1 电极的制备24-25
• 2.4.2 扣式电池的组装25
• 2.5 电化学性能测试25-26
• 2.5.1 循环伏安测试25
• 2.5.2 电化学阻抗测试25
• 2.5.3 充放电测试25-26
• 第3章 硅烷偶联剂KH560改性纳米硅的研究26-41
• 3.1 纳米硅的性能研究26-29
• 3.1.1 纳米硅表面羟基数的测定26-27
• 3.1.2 纳米硅的表面形貌27-28
• 3.1.3 纳米硅的电化学性能测试28-29
• 3.2 KH560改性纳米硅材料性能的研究29-38
• 3.2.1 KH560改性纳米硅材料的形貌表征30-34
• 3.2.2 KH560改性纳米硅材料的电化学性能测试34-38
• 3.3 KH560改性纳米硅材料的烧结处理38-40
• 3.3.1 烧结材料的XRD分析38-39
• 3.3.2 烧结材料的电化学性能测试39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 硅烷偶联剂WD-10改性纳米硅的研究41-51
• 4.1 WD-10与纳米硅的反应机理41
• 4.2 等离子清洗纳米硅后再进行包覆41-42
• 4.3 WD-10改性后纳米硅材料的结构分析与形貌表征42-45
• 4.3.1 WD-10改性纳米硅材料的透射测试42-43
• 4.3.2 WD-10改性纳米硅材料的红外分析43
• 4.3.3 WD-10改性纳米硅材料的润湿性能分析43-44
• 4.3.4 WD-10改性纳米硅材料的EDS测试44-45
• 4.4 WD-10改性纳米硅材料的电化学性能测试45-49
• 4.4.1 WD-10改性纳米硅电极界面的变化分析45
• 4.4.2 WD-10改性纳米硅材料的电化学性能测试45-49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 其它硅烷偶联剂改性纳米硅的研究51-61
• 5.1 A-171改性纳米硅的研究51-57
• 5.1.1 A-171改性后纳米硅材料的形貌表征51-53
• 5.1.2 A-171改性纳米硅材料的电化学性能测试53-57
• 5.2 导电聚苯胺包覆偶联剂KH550改性纳米硅材料的性能研究57-59
• 5.2.1 导电聚苯胺包覆偶联剂KH550改性纳米硅材料的形貌表征57-58
• 5.2.2 导电聚苯胺包覆偶联剂KH550改性纳米硅的电化学性能测试58-59
• 5.3 本章小结59-61
• 结论61-63
• 参考文献63-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果70-72
• 致谢72

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本文编号：776348