高比容量硅碳负极的电极结构构筑
发布时间：2021-09-07 12:45
硅材料的理论比容量高达4200mAh/g,是一种非常有应用前景的锂离子电池负极材料。但是在嵌/脱锂过程中巨大的体积变化,是限制硅材料使用的主要因素。目前充/放电体积变化率较小（<20%）的低比容量（<450mAh/g）的硅/碳复合材料已经逐渐被商业化应用;高比容量的硅/碳复合材料（>650mAh/g）仍然面临着嵌/脱锂过程中体积变化较大的问题。本论文通过使用高效粘结剂和造孔添加剂来改善高比容量硅碳负极在循环过程中较大的体积变化问题,提高循环过程中电极结构稳定性。使用SEM、XRD、MIP、剥离强度测试、流变仪测试等方法分析电极的孔隙结构、形貌、组成以及浆料的成浆性能,通过充放电测试研究孔隙率、孔径大小及分布对高比容量硅碳负极电化学性能的影响。研究内容主要包括以下几个方面:（1）将综合机械性能优良的PI粘结剂应用到高比容量的硅/碳负极材料电极中:研究了热处理温度对PI粘结剂的影响,经过250℃环化温度处理后,电极的粘结强度从140N/m提升到200N/m,提升率为42.8%;与使用PVDF和CMC/SBR/PAA粘结剂的电极电化学性能进行对比,使用PI粘结剂的电极循环5...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锉离子电池的组成(41
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【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC浆料的流变性能研究[J]. 瞿玲,黄青,张聪,员文杰. 硅酸盐通报. 2017(05)
[2]锂离子电池硅基负极粘结剂研究进展[J]. 岳丽萍,韩鹏献,姚建华,崔光磊. 电池工业. 2017(01)
[3]石墨负极的压实密度对软包锂离子电池性能的影响[J]. 江欢,徐强,孟繁慧,周江,高俊奎. 化学工业与工程. 2017(02)
[4]PVDF黏结剂含量对锂离子电池正极浆料流变性能的影响研究[J]. 梁大宇. 无机盐工业. 2016(08)
[5]锂离子电池硅基负极研究进展[J]. 别依田,杨军. 中国材料进展. 2016(07)
[6]四大类锂离子电池正极材料进展[J]. 瞿波,张冰,郑胜男,施志聪,吴启辉. 电源技术. 2016(07)
[7]软包动力电池组集成技术研究[J]. 王迎迎. 科技创新与应用. 2015(22)
[8]锂离子电池硅基负极用聚合物粘结剂的研究进展[J]. 武兆辉,杨娟玉,闫坤,于冰,方升,史碧梦. 稀有金属. 2016(08)
[9]锂离子电池硅基负极材料的研究进展[J]. 赵世勇,周敏,关士友. 电源技术. 2015(05)
[10]锂离子电池浆料稳定性能研究[J]. 张沿江,武行兵,张金龙,臧强. 无机盐工业. 2015(05)
博士论文
[1]正硅酸盐锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的制备及改性研究[D]. 张峥.电子科技大学 2015
[2]锂离子电池硅基复合负极材料和电池安全性的研究[D]. 袁庆丰.华南理工大学 2015
[3]高循环稳定性储锂硅基负极[D]. 陈瑶.武汉大学 2014
[4]锂离子动力电池性能及其仿真研究[D]. 靳尉仁.北京有色金属研究总院 2011
[5]锂离子电池硅负极的失效行为与性能改进[D]. 徐宇虹.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]高性能聚酰亚胺粘结剂在锂离子电池硅负极中的研究[D]. 朱丽.江西师范大学 2016
[2]锂离子电池电极表征方法应用研究[D]. 李志.复旦大学 2014
[3]锂离子电池硅负极循环稳定性的研究[D]. 高翠花.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3389572
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锉离子电池的组成(41
?、??图ｌ．ｉ锂离子电池的组成［４］??锂离子电池的工作原理如图１．２所示［５］。正极材料一般是含有锂离子的复合材料，??充电时，锂离子从正极中脱出进入电解液，随后锂离子穿过隔膜的微孔后进入负极；??负极材料一般是可以接收锂离子的材料，放电时，锂离子从负极中脱出进入电解液，??穿过隔膜的微孔后进入正极［６］。??１??
不断形飑Ｅｌ胲?＃?￣＾?？??图１．３硅基负极材料体积变化的影响??１．３．２硅基材料的嵌脱锂机理??娃与其他金属（如Ｓｎ、Ｍｇ、Ｇｅ等）的嵌／脱锂机理一样，在充放电过程中会发??生非晶态和晶态的转变［２２］。图１．４是硅基材料嵌脱锂曲线图（上为４５０°Ｃ理论电压曲??线；下为室温嵌脱锂曲线），在首次嵌锂过程中，硅和锂发生化学反应，生成了不同??形式的非晶态ＬｉｘＳｉｙ合金，在室温下，硅的首次锂化曲线在０．１Ｖ左右呈现一个长电??压平台，对应着ＬｉｘＳｉｙ合金转变为晶态Ｌｉ１５Ｓｉ４的过程，在此过程屮电极产生较大的体??积膨胀｜２３１。这种体积膨胀破坏了电极的结构稳定性，导致电池的循环性能迅速下降。??１．１－Ｊ??１ｊＯ－?１??ｌ??？?＼??＾?＼?Ｒｏｏｍ?ｌ？ｍｐｅｉａｔｕ？ｅ．?ｄｅｌｉｆｔｉｉａｌｉｏｉｉ??￡?〇ｊＳ?：?４５０〇＼．??ｇ?０－５?；?ＩＫｈｉａｔｉｏｎ?＾??Ｍ＼?ＳＩ＾ＵａＳＡｒ?＾??§?〇ｊ?：???［ＵｗＳ＾ＵｍＳＫｓ?＼??？－２?－ｊ?ｉＪｌ?Ｉ?ＵｗＳＮ？Ｕ？Ｓｌｉ?＼????＾?丨卜??１?Ｒｏｏｍ?ｌｅｍｐｅｒａｔｕｒ＃，?ｕｍｉａｔｌｏｉｉ??０?１?２?３?３?４?｜??ｘ?ｉｎ?ＵｘＳｉ?＾??图１
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiC浆料的流变性能研究[J]. 瞿玲,黄青,张聪,员文杰. 硅酸盐通报. 2017(05)
[2]锂离子电池硅基负极粘结剂研究进展[J]. 岳丽萍,韩鹏献,姚建华,崔光磊. 电池工业. 2017(01)
[3]石墨负极的压实密度对软包锂离子电池性能的影响[J]. 江欢,徐强,孟繁慧,周江,高俊奎. 化学工业与工程. 2017(02)
[4]PVDF黏结剂含量对锂离子电池正极浆料流变性能的影响研究[J]. 梁大宇. 无机盐工业. 2016(08)
[5]锂离子电池硅基负极研究进展[J]. 别依田,杨军. 中国材料进展. 2016(07)
[6]四大类锂离子电池正极材料进展[J]. 瞿波,张冰,郑胜男,施志聪,吴启辉. 电源技术. 2016(07)
[7]软包动力电池组集成技术研究[J]. 王迎迎. 科技创新与应用. 2015(22)
[8]锂离子电池硅基负极用聚合物粘结剂的研究进展[J]. 武兆辉,杨娟玉,闫坤,于冰,方升,史碧梦. 稀有金属. 2016(08)
[9]锂离子电池硅基负极材料的研究进展[J]. 赵世勇,周敏,关士友. 电源技术. 2015(05)
[10]锂离子电池浆料稳定性能研究[J]. 张沿江,武行兵,张金龙,臧强. 无机盐工业. 2015(05)
博士论文
[1]正硅酸盐锂离子电池正极材料Li2FeSiO4/C的制备及改性研究[D]. 张峥.电子科技大学 2015
[2]锂离子电池硅基复合负极材料和电池安全性的研究[D]. 袁庆丰.华南理工大学 2015
[3]高循环稳定性储锂硅基负极[D]. 陈瑶.武汉大学 2014
[4]锂离子动力电池性能及其仿真研究[D]. 靳尉仁.北京有色金属研究总院 2011
[5]锂离子电池硅负极的失效行为与性能改进[D]. 徐宇虹.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]高性能聚酰亚胺粘结剂在锂离子电池硅负极中的研究[D]. 朱丽.江西师范大学 2016
[2]锂离子电池电极表征方法应用研究[D]. 李志.复旦大学 2014
[3]锂离子电池硅负极循环稳定性的研究[D]. 高翠花.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3389572
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