新型碳基与硅基负极材料应用于锂离子电池的研究

发布时间：2021-01-21 06:50

　　随着科技的发展,各产业对二次电池的需求越来越大,而市场上所常用的石墨电极由于其较低的比容量（372mAhg-1）日趋不能满足人们的需求。研究发现通过对碳材料进行改良,以及使用碳材料对新型负极材料进行掺杂改性,提高其在充放电过程中的电化学性能,是行之有效的方法。本文基于锂离子负极材料的研究进展,探索开发了两种负极材料:一是使用廉价易得的生物质碳源,使用简单可行的制备技术,制备出高容量和高循环稳定的碳基负极材料;二是设计了一种双壳-核纳米结构,利用多孔碳提高硅材料在充放电过程中的循环稳定性和离子传输能力,得到了如下结果:1)以面粉作为生物质碳源,经800℃热解和盐酸处理,得到氯/氮/磷/氧多元素掺杂的碳材料。研究发现,该材料中的石墨碳提高了材料的导电性和电化学性能。用于锂离子电池负极测试时能够稳定循环三百圈并保持在500 mAh g-1以上,并且呈现出非常优越的倍率性能。在循环两百圈之后静置两个月,容量只下降7.2%,且依旧能够保持稳定的循环性能。2)使用Si02作为壳层,多孔碳提供硅在循环过程中的体积膨胀空间和离子传输通道,设计了一种双壳-核纳米结构（Si@C@Si02）,改善电极的循环... 

【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１锂离子电池工作原理图ｒｅｆ?［５］??如图１－１是锂离子电池的工作原理图［５］

集流板、隔膜等）对电池容量的影响。基于对现如今锂离子电池的发展状况，可??以假设Ｑｍ＝?１３０．４?ｍＡｈ?ｇ＇做出了在Ｃｃ＝?１４０－２００?ｍＡｈ?ｇ—１时，负极容量与全电??池的关系曲线（图１－２）?［１１］。通过图１－２可以看出，当正极材料的容量在１４０－２００??ｍＡｈ?ｆ范围内时，负极材料容量在１０００?ｍＡｈ?ｆ之前全电池容量随负极容量急??剧增加，只有负极材料容量在１０００－１２００?ｍＡｈ?ｇ＿１内，全电池的容量才会达到一??个较高的水平（６０－７５?ｍＡｈ?ｇ＇１），而市场上广泛使用的传统石墨负极（理论容量??３７０?ｍＡｈ?远远不能达到这一水平，更不可能激发锂离子电池的全部潜能。因??此，我们需要寻找一种新材料来代替石墨电极。另一方面，上述曲线中负极容量??在达到一定值后会进入一个明显的平台区，也就是说负极容量的增加对电池容量??的影响基本可以忽略不计，而正极容量的微弱增加却对全电池的总容量有着可观??的影响。因此

间结构中形成ＬｉｘＣ化合物，在放电过程中，锂离子再从其中脱出。在电压低于??０．２５Ｖ时锂离子从石墨的端面和基面的缺陷处嵌入，形成锂离子插层的石墨层，??但是这种插层状态与锂离子的浓度有着直接地关系。如图１－３所示［２９］，在嵌入的??初始（第三）阶段，会形成单锂离子层，同时锂离子不会嵌入到相邻石墨层中，??随着放电程度加深，锂离子浓度也会逐渐增大，锂离子嵌入程度也逐渐加深，从??９??

【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡金属氮化物在锂离子电池中的应用[J]. 陈汝文,涂新满,陈德志.  化学进展. 2015(04)
[2]锂离子电池正极材料LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2[J]. 王希敏,王先友,罗旭芳,廖力.  化学进展. 2006(12)



本文编号：2990686