基于氢键的锂离子电池硅负极粘结剂的研究
发布时间：2022-01-16 05:44
硅是最具有前景的锂离子电池负极材料之一,理论比容量可达4200 mAh·g-1,是石墨负极(372 mAh·g-1)的十倍多。然而硅负极在充放电循环过程中会遭遇巨大的体积变化（300%）,远远大于石墨负极的体积变化（10%）,这种缺陷限制了硅负极的应用。性能优良的粘结剂可以抑制硅颗粒的体积膨胀,保持电极的完整性,从而提高锂离子电池的循环稳定性。粘结剂与硅负极之间形成氢键作用有利于提高粘结剂的粘结力,维持电极结构的稳定性。本文基于氢键设计合成了两种粘结剂,主要工作和结论如下:（一）设计合成了三嵌段聚合物聚多巴胺-聚丙烯酸-聚氧化乙烯（PDA-PAA-PEO）,利用核磁氢谱、红外光谱和紫外光谱证明了其结构。将PDA-PAA-PEO、PAA-PEO-PAA和PVDF用做硅负极粘结剂,对其电化学性能、粘结力以及力学性能进行了对比。使用PDA-PAA-PEO粘结剂的硅负极（Si/PDA-PAA-PEO）表现出最佳的电化学性能,在0.5 C电流密度下充放电循环200圈后容量仍稳定在1597 mAh·g-1。Si/PDA-PAA-PE...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的充放电原理示意图
图 1-4 硅负极在脱嵌锂过程中的体积效应[11]Fig.1-4 Volume expansion of Si anodes during the lithiation and delithiation process硅负极材料是最具有潜力的下一代锂离子电池负极材料之一，然而硅存在着一个致命的缺陷。锂离子嵌入到硅晶体内部时硅颗粒会产生巨大的膨胀，而锂离子从硅晶体脱出时，硅体积收缩，容易产生很大的间隙。多次脱嵌锂后，硅材料的结构会发生巨大的变化（图 1-4）。（1）在循环过程中，这种巨大的体积变化容易导致部分硅颗粒与导电剂或集流体分离，造成活性物质的损失；（2）硅颗粒的不断膨胀和收缩，破坏电极表面的SEI 膜，SEI 膜的厚度会随着循环次数的增加而不断增加，造成不可逆容量；（3）尽管锂离子在硅中嵌入/脱出是可逆的，由于受动力学支配或锂离子形成了稳定的含锂化合物亦或是锂离子在缺陷中与其他原子有强的相互作用，部分锂离子可能会被困在硅中，形成死锂[12-14]。由于在充放电过程中硅的结构会破碎，Si 颗粒表面会出现高密度的缺陷，
第一章 绪论g-1。邻苯二酚基团上的-OH 有很大的极性，与 Si 纳聚合物与活性材料和铜集流体之间的结合力。该粘为邻苯二酚基团在不同的表面上都有很强的粘结力
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多巴胺的黏合水凝胶的制备及表征[J]. 崔国廉,但年华,但卫华. 高等学校化学学报. 2017(02)
[2]红外光谱法研究聚乙烯亚胺的结构[J]. 王冬梅,曹金丽,张怡,张彦昌,殷园园,李天仚,赵献增. 光谱学与光谱分析. 2016(S1)
[3]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)
[4]锂离子电池电极粘结剂的研究进展[J]. 柴丽莉,张力,曲群婷,郑洪河. 化学通报. 2013(04)
[5]纳米压痕试验在纳米材料研究中的应用[J]. 吴晓京,吴子景,蒋宾. 复旦学报(自然科学版). 2008(01)
本文编号：3592050
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的充放电原理示意图
图 1-4 硅负极在脱嵌锂过程中的体积效应[11]Fig.1-4 Volume expansion of Si anodes during the lithiation and delithiation process硅负极材料是最具有潜力的下一代锂离子电池负极材料之一，然而硅存在着一个致命的缺陷。锂离子嵌入到硅晶体内部时硅颗粒会产生巨大的膨胀，而锂离子从硅晶体脱出时，硅体积收缩，容易产生很大的间隙。多次脱嵌锂后，硅材料的结构会发生巨大的变化（图 1-4）。（1）在循环过程中，这种巨大的体积变化容易导致部分硅颗粒与导电剂或集流体分离，造成活性物质的损失；（2）硅颗粒的不断膨胀和收缩，破坏电极表面的SEI 膜，SEI 膜的厚度会随着循环次数的增加而不断增加，造成不可逆容量；（3）尽管锂离子在硅中嵌入/脱出是可逆的，由于受动力学支配或锂离子形成了稳定的含锂化合物亦或是锂离子在缺陷中与其他原子有强的相互作用，部分锂离子可能会被困在硅中，形成死锂[12-14]。由于在充放电过程中硅的结构会破碎，Si 颗粒表面会出现高密度的缺陷，
第一章 绪论g-1。邻苯二酚基团上的-OH 有很大的极性，与 Si 纳聚合物与活性材料和铜集流体之间的结合力。该粘为邻苯二酚基团在不同的表面上都有很强的粘结力
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多巴胺的黏合水凝胶的制备及表征[J]. 崔国廉,但年华,但卫华. 高等学校化学学报. 2017(02)
[2]红外光谱法研究聚乙烯亚胺的结构[J]. 王冬梅,曹金丽,张怡,张彦昌,殷园园,李天仚,赵献增. 光谱学与光谱分析. 2016(S1)
[3]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)
[4]锂离子电池电极粘结剂的研究进展[J]. 柴丽莉,张力,曲群婷,郑洪河. 化学通报. 2013(04)
[5]纳米压痕试验在纳米材料研究中的应用[J]. 吴晓京,吴子景,蒋宾. 复旦学报(自然科学版). 2008(01)
本文编号：3592050
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3592050.html
