双网络凝胶衍生硅和硅—金属框架材料及其储锂行为
发布时间：2021-11-21 07:13
硅在室温下具有3578 mAh g-1的理论比容量（形成Li15Si4）和合适的工作电压（～0.4 V）,是最有希望取代传统石墨电极的负极材料。然而,在脱嵌锂过程中,硅材料巨大的体积膨胀导致电极粉碎,而低的电导率（10-5-10-3 S cm-1）和Li+扩散速率（10-14-10-13 cm2 s-1）导致差的电荷传输能力,因此硅材料的循环和倍率性能较差。纳米多孔框架材料能够有效缓解硅巨大的体积膨胀,增加与电解液接触面积,因而能有效的改善硅的储锂性能。同时引入金属,硅-金属具有高的振实密度和面容量;金属能够减少固体电解质界面（SEI膜）和其它不可逆反应的发生;金属组分充当阻挡层有效限制硅材料完全锂化形成结晶Li15Si4。多孔材料和硅-金属二元材料已经被广泛研究,然而这两类材料仍然存在问题:（1）高度多孔的框架材料较难合成;（2）金属不能均匀分布在硅上。针对上述问题,本论文提出双网络凝胶镁热还原路线制备硅和硅-金属框架材料的新思路,制备出高度多孔硅框架材料和高度均匀分布硅-金属框架材料,主要研究工作如下:（1）通过水解-聚合反应制备出一体化SiO2/MgO双网络凝胶,进一步通过镁热还...
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２Ｓｉ－Ｌｉ合金的相图
效率为６０％，?１０?ｎｍ的硅纳米晶首次放电容量为４２１０?ｍＡｈ?ｇ－１，库仑效率为８０％，??继续增大纳米晶的的直径（２０?ｎｍ），放电容量为４０８０?ｍＡｈ?ｇ－１，库仑效率为８５％，??图１．４表明，１０?ｎｍ以下的硅纳米晶库仑效率和容量保持率较高，与之相反的是??２０?ｎｍ的纳米硅则表现出低的容量保持率，结果表明硅纳米晶直径低于一个临界??值时（１０ｎｍ），硅所遭受的机械应力较低，不会因为多次的脱嵌锂导致电极粉化??［１２６］〇??５??
结构通常具有较大的比表面积，存在着首圈库仑效率低的问题。针对这个问题，??他们以天然粘土（ＨＰＳＦ）为前驱体（这种粘土含有氧化镁和氢氧化镁）。经过镁??热还原后，成功制备了具有分级多孔（大孔和介孔）的多孔Ｓｉ?（图１．５）。与以前??报道的多孔Ｓｉ不同，这种分级多孔Ｓｉ具有超高的首圈库仑效率（＞９２％）。在??０．６?Ａ?ｇ－１的电流密度下经过１００圈循环，ＨＰＳＦ和ＨＰＳＦ＠Ｃ的容量保持率分别为??８９．１％和９４．６％。与之相反的是，纯娃颗粒在１００圈循环之后发生严重的容量衰??减（图１．６）。这种分级多孔结构表现出出色的电化学性能，为科研工作者继续探??索多孔硅提供了一个良好的思路［１３Ｇ］。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]A scalable synthesis of silicon nanoparticles as high-performance anode material for lithium-ion batteries[J]. Jin Li,Juan-Yu Yang,Jian-Tao Wang,Shi-Gang Lu. Rare Metals. 2019(03)
[2]High-energy cathode materials for Li-ion batteries: A review of recent developments[J]. ZHANG YiDi,LI Yi,XIA XinHui,WANG XiuLi,GU ChangDong,TU JiangPing. Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
本文编号：3509037
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２Ｓｉ－Ｌｉ合金的相图
效率为６０％，?１０?ｎｍ的硅纳米晶首次放电容量为４２１０?ｍＡｈ?ｇ－１，库仑效率为８０％，??继续增大纳米晶的的直径（２０?ｎｍ），放电容量为４０８０?ｍＡｈ?ｇ－１，库仑效率为８５％，??图１．４表明，１０?ｎｍ以下的硅纳米晶库仑效率和容量保持率较高，与之相反的是??２０?ｎｍ的纳米硅则表现出低的容量保持率，结果表明硅纳米晶直径低于一个临界??值时（１０ｎｍ），硅所遭受的机械应力较低，不会因为多次的脱嵌锂导致电极粉化??［１２６］〇??５??
结构通常具有较大的比表面积，存在着首圈库仑效率低的问题。针对这个问题，??他们以天然粘土（ＨＰＳＦ）为前驱体（这种粘土含有氧化镁和氢氧化镁）。经过镁??热还原后，成功制备了具有分级多孔（大孔和介孔）的多孔Ｓｉ?（图１．５）。与以前??报道的多孔Ｓｉ不同，这种分级多孔Ｓｉ具有超高的首圈库仑效率（＞９２％）。在??０．６?Ａ?ｇ－１的电流密度下经过１００圈循环，ＨＰＳＦ和ＨＰＳＦ＠Ｃ的容量保持率分别为??８９．１％和９４．６％。与之相反的是，纯娃颗粒在１００圈循环之后发生严重的容量衰??减（图１．６）。这种分级多孔结构表现出出色的电化学性能，为科研工作者继续探??索多孔硅提供了一个良好的思路［１３Ｇ］。??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]A scalable synthesis of silicon nanoparticles as high-performance anode material for lithium-ion batteries[J]. Jin Li,Juan-Yu Yang,Jian-Tao Wang,Shi-Gang Lu. Rare Metals. 2019(03)
[2]High-energy cathode materials for Li-ion batteries: A review of recent developments[J]. ZHANG YiDi,LI Yi,XIA XinHui,WANG XiuLi,GU ChangDong,TU JiangPing. Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
本文编号：3509037
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