当前位置:主页 > 科技论文 > 化学工程论文 >

硅基锂离子电池电极材料的制备及其电化学性能测试

发布时间:2018-05-19 17:08

  本文选题:锂离子电池 +  ; 参考:《东华大学》2017年硕士论文


【摘要】:为了顺应社会生产发展的需要,能源器件中大热的锂离子电池一直面对着提高比容量,降低材料成本,简化生产工艺等各种亟待解决的问题。硅作为地球上含量第二丰富的元素,无论其单质或其氧化物都体现了与锂离子超高的结合能力以及较低的放电平台,因此硅基材料成为了当下最有潜力的锂离子电池负极材料。单质硅用作锂离子电池负极材料理论比容量高达4200m Ah/g,是目前流行最广的商用石墨电极(372m Ah/g)的十多倍,而且放电平台在0.2V附近,但是由于硅单质在充放电循环中与锂离子发生化学反应形成硅锂合金体积变化超过300%,导致电极材料整体容易发生破碎,脱离等现象,使得电池的容量迅速衰减,循环稳定性得不到保障。本文中为了减小因材料体积变化导致的电池性能衰减问题,利用盐酸多巴胺作为碳源物质对单质硅颗粒进行了包裹,并通过刻蚀在碳与硅颗粒之间形成了一层空腔,得到了Si@void@C结构纳米材料,既避免了电解液与硅颗粒的直接接触导致的硅的损耗,同时允许硅在内部空腔尽可能的与锂结合,保证了电池的比容量的同时也大大增强了电池的循环稳定性。该方法相对于前人的成果在工艺上减少了原料的引入,并减少了工艺步骤。硅最具有代表性的氧化物二氧化硅作为锂离子电池负极材料同样具有相当高的理论比容量(1965m Ah/g),放电平台在0.1V到0.7V之间,虽然二氧化硅的体积膨胀效应不像单质硅那么明显,但是该材料巨大的电阻严重影响了结合锂离子的能力,在电池内部锂离子会选择电阻最低的路径进行扩散,难免会出现因“绕路”出现的材料充放电不完全的现象。为了减小电极材料电阻,本文利用葡萄糖作为碳源对二氧化硅进行了包碳处理,得到了Si O2@C复合结构纳米材料,通过导电性更高的碳为二氧化硅颗粒之间构建一座桥梁使得锂离子能够充分与二氧化硅结合从而提高比容量。同时通过比较不同形貌尺寸的二氧化硅的电池性能分析了尺寸对二氧化硅电池性能的影响,以及不同碳含量对材料导电性的提升。
[Abstract]:In order to meet the needs of the development of social production, lithium-ion batteries with large heat in energy devices have been faced with various problems to be solved urgently, such as increasing specific capacity, reducing the cost of materials and simplifying the production process. Silicon is the second most abundant element on the earth. Both its single substance and its oxides reflect the ultra-high binding ability with lithium ion and the low discharge platform. Therefore silicon based materials have become the most potential anode materials for lithium ion batteries at present. The theoretical specific capacity of silicon as anode material for lithium ion batteries is up to 4200m / g, which is more than ten times that of the most popular commercial graphite electrode (372m Ah/ g), and the discharge platform is around 0.2 V. However, due to the chemical reaction between silicon and lithium ion in charge and discharge cycle, the volume change of silicon-lithium alloy exceeds 300, which leads to the breakup and detachment of the electrode material, which makes the capacity of the battery decline rapidly. Cycle stability is not guaranteed. In this paper, in order to reduce the problem of cell performance attenuation caused by the change of material volume, dopamine hydrochloride was used as carbon source to encapsulate the silicon particles, and a layer of cavity was formed between carbon and silicon particles by etching. The Si@void@C nanomaterials are obtained, which can avoid the loss of silicon caused by the direct contact between electrolyte and silicon particles, and allow silicon to combine with lithium as much as possible in the inner cavity. The specific capacity of the battery is guaranteed and the cycle stability of the battery is greatly enhanced. Compared with the previous achievements, this method reduces the introduction of raw materials and the process steps. Silicon, the most representative oxide silicon dioxide, also has a high theoretical specific capacity of 1965m Ah路 g / g as anode material for lithium-ion batteries. The discharge platform ranges from 0.1 V to 0.7 V, although the volume expansion effect of silicon dioxide is not as obvious as that of simple silicon. However, the large resistance of the material seriously affects the ability of binding lithium ion. In the battery, lithium ion will choose the lowest resistance path for diffusion, and the phenomenon of incomplete charge and discharge of materials due to "detour" will inevitably occur. In order to reduce the resistance of electrode materials, silicon dioxide was treated with glucose as carbon source. By constructing a bridge between silica particles with higher conductivity of carbon, lithium ions can be fully combined with silica to improve specific capacity. At the same time, the effect of the size on the performance of silicon dioxide battery and the improvement of the conductivity of the materials with different carbon content were analyzed by comparing the performance of silicon dioxide cells with different morphologies.
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM912;TQ127.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨绍斌,胡浩权;锂离子电池[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2000年06期

2 赵健,杨维芝,赵佳明;锂离子电池的应用开发[J];电池工业;2000年01期

3 ;如何正确使用锂离子电池[J];电子科技;2000年09期

4 ;我国第一条现代化锂离子电池生产线在潍坊建成投产[J];电池工业;2001年01期

5 陈洪超;李相东;;锂离子电池原理、研究现状与应用前景[J];军事通信技术;2001年01期

6 ;新型锂离子电池[J];炭素技术;2002年03期

7 朱晓军;;全球最薄锂离子电池[J];家庭电子;2002年03期

8 启明;高容量锂离子电池负极[J];金属功能材料;2003年01期

9 杨捷;锂离子电池的特点与使用[J];现代电视技术;2003年05期

10 周园 ,韩金铎;锂离子电池:机遇与挑战共存——参加“锂离子电池与电动车”研讨会有感[J];盐湖研究;2003年02期

相关会议论文 前10条

1 许名飞;郭永兴;李新海;吴显明;;锂离子电池气胀问题探析[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年

2 王宏伟;邓爽;肖海清;王超;杨宗辉;施亚申;;锂离子电池误使用的安全检测与分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年

3 刘勇;盘毅;谢凯;芦伟;;锂离子电池的存储性能研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

4 张俊乾;;锂离子电池中的扩散应力和破坏[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 康慨;戴受惠;万玉华;王树安;;我国锂离子电池的研究与发展[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年

6 张千玉;马晓华;;二甲苯用作锂离子电池过充保护添加剂的研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

7 张千玉;马晓华;;新型锂离子电池过充保护添加剂的研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

8 朱静;于申军;陈志奎;何显能;周永超;李贺;;水分对锂离子电池性能的影响研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

9 崔少华;杨晓民;;圆型锂离子电池渗液不良分析[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2)[C];2009年

10 李琳琳;王斌;吴宇平;T.van Ree;;甲基苯基二-(甲氧二乙基)硅烷用作锂离子电池功能性添加剂的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 李壮;新国标9月实施锂电池门槛加高[N];中国高新技术产业导报;2005年

2 刘碧玛;动力锂离子电池要抓住发展机遇[N];科技日报;2007年

3 记者 陈颖;深圳锂电产量已占全国六成[N];深圳特区报;2006年

4 实习记者 徐恒邋记者 诸玲珍;锂离子电池安全受关注 新材料研究是热点[N];中国电子报;2008年

5 徐恒 诸玲珍;锂离子电池安全备受关注[N];中国有色金属报;2008年

6 李燕京;锂离子电池国标年内将出台[N];中国消费者报;2008年

7 本报记者 冯健;动力锂离子电池:安全性制约应用[N];中国电子报;2009年

8 新材料在线首席研究员 李国强;锂离子电池产业:中日韩三分天下[N];中国电子报;2004年

9 金信;全国最大的锂离子电池生产基地在津建成[N];中国机电日报;2002年

10 黄新培;业内专家对生产企业提出三点建议[N];中国机电日报;2002年

相关博士学位论文 前10条

1 刘金龙;锂离子电池高性能富锂锰基正极材料的研究[D];复旦大学;2014年

2 刘玉荣;锰基混合型金属氧化物孪生微纳结构的制备、形成机理与储锂性能[D];山东大学;2015年

3 易金;锂离子电池钒基负极材料的研究[D];复旦大学;2014年

4 张千玉;绿色能源材料钛酸锂的改性及其回收再利用的研究[D];复旦大学;2014年

5 袁庆丰;锂离子电池硅基复合负极材料和电池安全性的研究[D];华南理工大学;2015年

6 明海;高容量或高倍率锂离子电池材料的合成与相应全电池的组装研究[D];苏州大学;2015年

7 杨智博;高性能锂离子电池硅/锗电极的设计与制备[D];兰州大学;2015年

8 董汉成;卫星电源电池健康状态诊断方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

9 张涛;废弃锂离子电池破碎及富钴产物浮选的基础研究[D];中国矿业大学;2015年

10 张立强;锂离子电池多物理模型参数辨识及健康特征提取[D];哈尔滨工业大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 方竹;硅基锂离子电池电极材料的制备及其电化学性能测试[D];东华大学;2017年

2 张涛;失效锂离子电池破碎特性研究[D];华东交通大学;2011年

3 马宇宏;锂离子电池热安全性研究[D];电子科技大学;2013年

4 王会军;过渡金属氧化物和过渡金属硫化物作为锂离子电池负极材料的研究[D];西南大学;2015年

5 任婉;锂离子电池镍—锰二元正极材料的研究[D];华南理工大学;2015年

6 李娟;锂离子电池负极材料Li_4Ti_5O_(12)的制备与研究[D];广东工业大学;2012年

7 玄哲文;微纳结构MnO_2及CuO的制备及作为锂离子电池负极的性能研究[D];云南民族大学;2015年

8 邢程程;原位生长FeS纳米结构薄膜及其在锂离子电池中的应用[D];浙江大学;2015年

9 白钢印;锂离子电池高电压正极材料镍猛酸锂的合成与改性研究[D];昆明理工大学;2015年

10 宋赢;锂离子电池二氧化钛负极材料掺杂改性及电化学行为研究[D];辽宁大学;2015年



本文编号:1910940

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/1910940.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户47b48***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com