静电纺丝法制备硅/碳复合纤维及锂离子电池性能研究

发布时间：2022-01-13 01:24

　　硅是目前已知容量最大的锂离子电池负极材料,其理论比容量可以达4200 mAh·g^-1。除此之外,硅还具有相对较低的脱嵌锂电位（<0.5 V vs Li/Li⁺）、对环境友好、储量丰富等优点。因此,硅基材料成为最有前景的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但是,硅在充放电过程中巨大的体积膨胀/收缩（约为300%）,会导致活性材料碎裂、电极结构破坏以及不稳定的固态电解质界面等问题,严重制约了硅基负极的实际应用。利用静电纺丝技术制备硅碳复合材料不仅能有效地缓解硅在充放电过程中的结构变化问题,同时,碳纤维也能够提高电极的导电性。本文从电极材料结构设计的角度开展工作,利用静电纺丝技术构筑了一维硅碳复合纤维、碳包覆的硅碳复合纤维以及具有多孔结构的碳包覆的硅碳复合纤维材料,目的在于研制出高容量、长寿命的硅基锂离子电池负极材料,主要研究内容包括以下几个方面:1、将不同尺寸纳米硅（10 nm、20 nm、30 nm、80 nm）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）进行静电纺丝,通过高温煅烧制备了硅碳复合纤维材料。研究了硅颗粒尺寸对硅碳复合纤维结构、形貌、以及电化学... 

【文章来源】：河南大学河南省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池结构示意图

LiNiO2、LiFePO4与 LiCoO2。其中 LiNiO2和 LiCoO2为层状结构结构，而 LiFePO4为橄榄石型结构。负极材料则有石墨、钛酸锂、金属氧化物组成。通常，正极材料涂覆在铝箔上，而负极材料涂覆使用聚丙烯和聚乙烯，或者二者的复合物，隔膜起到隔离正负极、时，隔膜是一种选择性透过性膜，还起到能够允许锂离子自由通过。常用的锂离子电解液通常是包含锂的有机溶剂(LiPF6等)。一般使乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)。有时，电解加剂，比如：氟代碳酸乙烯酯(FEC)等。3 锂离子电池工作原理

锂离子最多能够与硅形成 Li15Si4，理论比容量为 3579 mAh·g-1。图1-3 为常温下与 450oC 下的不同合金化曲线[25]。可以看出，在高温下，硅在嵌锂时经历了一系列的相转变，存在多个电压平台[26,27]，与 1-3 中黑色相对应。而在常温下只经历一个简单的相转变过程，对应于图 1-3 中绿色和红色。图 1-3 硅和锂在常温与 450 °C 高温下的电化学合金曲线1.4.2 硅基材料作为锂离子电池负极材料的优势在自然界中，硅的储量非常丰富，在地壳中的含量约为 26.4%，它的含量仅次于氧，同时硅的价格也很便宜，当然硅也是种绿色环保的元素。更重要的是，合金类的材料拥有较高的理论比容量。原因是因为它们在充放电过程中可以容纳更多的锂离子脱出与嵌

【参考文献】：
期刊论文
[1]Nitrogen-and Oxygen-Containing Porous Ultrafine Carbon Nanofiber:A Highly Flexible Electrode Material for Supercapacitor[J]. Kai Wei,Kyu-Oh Kim,Kyung-Hun Song,Chang-Yong Kang,Jung Soon Lee,Mayakrishnan Gopiraman,Ick-Soo Kim.  Journal of Materials Science & Technology. 2017(05)
[2]锂离子电池及其材料[J]. 钟俊辉.  电池. 1996(02)



本文编号：3585786