硅基负极材料的量化制备工艺研究

发布时间：2021-12-23 17:55

　　在已知的锂离子电池负极材料中,石墨的理论比容量仅为372mAh/g,而硅具有最高的理论比容量,高达4200 mAh/g,且其地球储量丰富,占地球表层的25.8%。使其成为液态电池升级的必然选择。但是,“物无完物”,其电导率低及循环过程中巨大的体积膨胀导致循环稳定性差的问题,极大地限制了硅负极的广泛商业应用。因此,本文主要通过简易快速,可大批量制备的方法,构建纳米硅/碳复合结构来改善硅的电化学性能。具体包括以下内容:在第三章中,我们基于分子认识来避免纳米硅颗粒团聚,并通过絮凝作用简易快速制备Si@C,然后将其掺入石墨G中,制备得到高容量、高循环稳定性的商用负极Si@C/G并研究了其电化学性能。首先将硅颗粒分散在阳离子型絮凝剂——阳离子瓜尔豆胶溶液中,再将其滴加到阴离子乳化沥青溶液中,通过絮凝作用,快速形成体积庞大的絮凝体,再经常压过滤和高温碳化,便可简易快速得到Si@C半成品。随后将其与G直接研磨复合,便制备出Si@C/G复合材料成品。其电化学结果表明,Si@C在0.2 A/g电流密度下具有良好的循环性能,其100圈放电比容量仍有616 mAh/g,容量保留率为77%,较纯硅有了明显的改... 

【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】：87 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１锂离子电池的工作原理示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ．??

图１．２?１８６５０型锂离子电池的结构???Ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?１８６５０－ｔｙｐｅ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉ，锂离子电池正极也是指在放电时程因发生还原反应，因此也称为阴化物或聚阴离子化合物为其正极材这可保持锂离子嵌入－脱嵌过程中极电势（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋），因此可以保证锂离子电池中，常见的正极材料多化分，主要包括具有橄榄石结构际比容量可约达１５０?ｍＡｈ／ｇ），具锂材料等（ＬｉＣｏ０２理论比容量为２

图１．３锂－硅体系的二元相图ｆ１２］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｈｅ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｉｌｉｃｏｎ?Ｊ１２］??且如图１．４硅的特征充放电曲线所示［１３］，硅的首圈放电电压平台在０．１?Ｖ左??右且该放电电压平台稳定。该过程为硅的锂化过程，并且伴随着晶体硅向非晶硅??转变的过程，而石墨的首圈放电电压平台略低于硅的该电压平台。因此，无论从??产生锂枝晶的角度或是材料自身的可燃性的角度考虑，相比石墨，硅基负极都具??有更高的安全性能。此外，在０．５?Ｖ左右处的放电电压平台是为硅负极形成ＳＥＩ??膜的过程，即为形成固体电解质界面膜过程。而该过程为不可逆过程，这会造成??首圈的不可逆容量损失，因此导致硅首圈的库伦效率相比石墨有所降低。这也是??硅商业化应用存在的弊端之一。但是，从图１．４也可以了解到，相比商业化的石??墨

【参考文献】：
期刊论文
[1]塑料锂离子电池研究概况[J]. 陈猛,史鹏飞,程新群.  电池. 2000(03)



本文编号：3548922