抑制硅复合电极力-电化学耦合退化的部分锂化方法

发布时间：2021-12-23 02:32

　　硅是一种很有前景的锂离子电池负极材料。硅拥有目前已知最高的理论容量,且自然资源丰富,电势低。然而,硅在循环过程中会产生剧烈的体积膨胀（完全锂化后增加约300%）,导致电极出现严重的变形损伤,产生更多不稳定的固体电解质膜（SEI膜）,导致电池的电化学循环性能越来越差。目前有很多方法抑制硅的变形,例如将硅纳米化,改进粘结剂以及制作硅基复合材料等,都能够提升硅电极的性能。但是这些方法大多数涉及新材料或复杂的工艺手段。制作时间长或者生产电极的成本高以至于难以将硅电极广泛应用推广。因此,需要更加简单有效的方法提高硅电极的循环稳定性。本文提出,可以将硅部分锂化实现该目的。本论文主要研究了两种部分锂化方法:控制充放电截止电压区间和控制锂化容量。然后进一步拓展研究了将恒压这一工步加入控制容量的部分锂化方法中,以及研究了不同上限截止电压对电池性能的影响。通过这种简单的对电池充放电方式的改变,控制硅颗粒变形,抑制硅复合材料电极力-电化学耦合退化,减小极片损伤。具体来说,部分锂化使电极的容量损失和不可逆容量均有效减小。部分锂化电极的可逆容量虽然在初期低于完全锂化的电极,但容量衰减的速度更慢,以至于一段时间的... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）固体纳米线形态的硅的锂化过程的示意图，循环后在硅表面上重复形成SEI膜，（b）硅纳米管，类似的结果，SEI膜在硅纳米管的收缩和膨胀时继续增长，

大学硕士学位论文如下：正极： LiXXO2 Li1-xXXO2+ Li++xe-负极： C + xLi++ xe- LixC总体： LiXXO2+ C LixC + Li1-xXXO2其中，XX 代表各种元素组合，例如钴，锰等。电池在充放电过程中，锂离子在正负极之间往返嵌入和脱出，犹如摇此，锂离子电池又被称为“摇椅式”电池[26]。

图 1.3 各类电池示意图[44]1.3.4 复合材料电极介绍上一节提到过，复合材料电极主要由集流体和活性层组成。活性层包括活性材料、导电剂和粘结剂。活性材料的作用是用来储存及释放锂离子。本论文涉及的实验中运用的活性材料为纳米材料，从结构上考虑，纳米材料在尺寸上为纳米级别，因此锂离子传输路径更短。此外，纳米材料一般具有超弹性变形能力，可以承受较大的应力。这些特点都有利于缓减硅的体积膨胀、提高硅电极的电化学性能。具有纳米结构的硅有：纳米线、纳米管、纳米球和介孔材料等。其中，纳米线在结构上属于一维纳米材料，线与线之间的空间可以容纳硅的体积变化。并且由于

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3547600