Si基薄膜材料的可控制备及其电化学性能研究
发布时间：2020-12-06 21:55
随着锂离子电池的迅猛发展以及在诸多领域的广泛应用,传统的商业化碳类负极材料已经满足不了人们对高容量锂离子电池的需求。其中锂离子电池硅基负极材料由于具有比容量高、自放电率低、充放电效率高等优点而倍受关注,但是,硅基材料在充放电过程中的体积变化巨大（300%以上）,导致材料的结构崩塌,从而造成硅电极材料的循环性能很差。然而硅基薄膜材料不仅具有较高比容量且具有较好的稳定性,因此受到了更多的关注和研究。本论文通过磁控溅射法制备了纯Si薄膜、Si-Ti复合薄膜、Si-Ti@Si以及Si@Si-Ti复合薄膜负极材料,并研究了薄膜材料的结构特征和电化学性能,同时初步探索了硅基薄膜材料在固态电解质中的应用。主要结论如下:（1）研究发现当纯Si薄膜作锂离子电池负极材料时,当硅靶的溅射功率为120W时,Si薄膜负极材料不仅具有优异的致密均匀性,同时也表现出了较好的循环稳定性和较高的可逆比容量。在0.2 C电流密度下,其首周充电比容量为3595mAh/g,150次循环后其充电比容量仍高达2768 mAh/g,容量保持率在76%以上。同时,120 W溅射功率下制备的高容量Si薄膜负极材料还具有良好的倍率性能。...
【文章来源】：安庆师范大学安徽省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
锂离子二次电池负极材料的发展经过了一个比较漫长的过程,最早研究金属锂作为负极材料,这是因为金属锂具有最负的电极电位(-3.045 V)和最高的质量比容量(3860 mAh/g),但是安全隐患比较大和循环性能差,因此未能在实际中应用。后来有了金属锂合金负极材料的出现,虽然它较好的解决了安全隐患这个方面的问题,但是其循环性能依旧很差,容量迅速衰减。直到碳材料的出现,并且成功的应用促进了锂离子电池的诞生。此后,人们开始研究更多种的碳类负极材料。随着科学生产力的快速发展,现阶段低容量的碳类负极材料已经远远不能满足人们对高容量电池的迫切需求,而且碳类负极材料也存在有机溶剂共嵌入、首周充放电效率低等缺点,于是人们开始研究高容量的非碳类负极材料。目前负极材料主要分为碳负极材料和非碳负极材料两大类。其中,碳类材料主要是石墨以及石墨化碳材料和非石墨类碳材料;非碳类负极材料主要有硅基材料、锡基材料、新型合金负极材料以及氮化物材料和氧化物材料。锡基材料主要包括锡的氧化物、锡盐、锡基复合氧化物等;硅基材料分别硅、硅的氧化物、硅合金等;钛基材料主要指钛的氧化物、尖晶石结构的Li2Ti O4等;新型合金负极材料主要包括Sn基合金、Si基合金、Al基合金材料等。
目前负极材料主要分为碳负极材料和非碳负极材料两大类。其中,碳类材料主要是石墨以及石墨化碳材料和非石墨类碳材料;非碳类负极材料主要有硅基材料、锡基材料、新型合金负极材料以及氮化物材料和氧化物材料。锡基材料主要包括锡的氧化物、锡盐、锡基复合氧化物等;硅基材料分别硅、硅的氧化物、硅合金等;钛基材料主要指钛的氧化物、尖晶石结构的Li2Ti O4等;新型合金负极材料主要包括Sn基合金、Si基合金、Al基合金材料等。1.3.1 锡基负极材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]LiNbO3-coated LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode with high discharge capacity and rate performance for all-solid-state lithium battery[J]. Xuelei Li,Liubing Jin,Dawei Song,Hongzhou Zhang,Xixi Shi,Zhenyu Wang,Lianqi Zhang,Lingyun Zhu. Journal of Energy Chemistry. 2020(01)
[2]中国锂离子电池产业发展现状及市场发展趋势[J]. 刘彦龙. 电源技术. 2019(02)
[3]磁控溅射Sn和CuS靶制备铜锡硫薄膜电池[J]. 徐信,王书荣,陆熠磊,杨帅,李耀斌,唐臻,杨洪斌. 发光学报. 2018(11)
[4]锂离子电池正极材料研究进展[J]. 李伟伟,姚路,陈改荣,席国喜. 电子元件与材料. 2012(03)
[5]锂离子电池锡基负极材料的研究进展[J]. 万婷,穆道斌,薛欢,陈实. 材料导报. 2010(09)
[6]锂离子电池合金负极材料的研究进展[J]. 王小东,李雪鹏,孙占波,宋晓平. 电池. 2007(02)
[7]锂离子二次电池的应用和发展[J]. 安平,其鲁. 北京大学学报(自然科学版). 2006(S1)
[8]全固态薄膜锂电池及薄膜电极材料研究进展[J]. 刘震,吴锋,王芳,陈实. 功能材料. 2006(08)
[9]锂离子电池中纳米Cu-Sn合金负极材料的制备与性能研究[J]. 任建国,何向明,姜长印,万春荣. 金属学报. 2006(07)
[10]金属锑薄膜用作锂离子电池负极的研究[J]. 苏树发,曹高劭,赵新兵. 稀有金属材料与工程. 2005(03)
博士论文
[1]锂离子电池硅基复合负极材料的制备及电化学研究[D]. 高鹏飞.上海交通大学 2013
[2]锂离子电池高容量硅基薄膜负极材料的研究[D]. 陈立宝.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2007
[3]含氮族元素嵌锂材料的合成与电化学研究[D]. 王可.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2003
硕士论文
[1]基于磁控溅射技术Sn基薄膜负极材料可控制备及电化学性能研究[D]. 罗明.安庆师范大学 2019
[2]锂离子电池硅基薄膜负极的磁控溅射法制备与电化学性能[D]. 毛亚雄.华南理工大学 2018
[3]碘掺杂石墨烯的制备及储锂性能研究[D]. 陈杰.西南大学 2018
[4]Y2O3/SiO2/4H-SiC堆栈栅介质MOS电容特性研究[D]. 王旭.西安电子科技大学 2017
[5]锂离子电池硅基薄膜负极材料的制备及电化学性能研究[D]. 方茜.武汉科技大学 2013
本文编号：2902090
【文章来源】：安庆师范大学安徽省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池工作原理示意图
锂离子二次电池负极材料的发展经过了一个比较漫长的过程,最早研究金属锂作为负极材料,这是因为金属锂具有最负的电极电位(-3.045 V)和最高的质量比容量(3860 mAh/g),但是安全隐患比较大和循环性能差,因此未能在实际中应用。后来有了金属锂合金负极材料的出现,虽然它较好的解决了安全隐患这个方面的问题,但是其循环性能依旧很差,容量迅速衰减。直到碳材料的出现,并且成功的应用促进了锂离子电池的诞生。此后,人们开始研究更多种的碳类负极材料。随着科学生产力的快速发展,现阶段低容量的碳类负极材料已经远远不能满足人们对高容量电池的迫切需求,而且碳类负极材料也存在有机溶剂共嵌入、首周充放电效率低等缺点,于是人们开始研究高容量的非碳类负极材料。目前负极材料主要分为碳负极材料和非碳负极材料两大类。其中,碳类材料主要是石墨以及石墨化碳材料和非石墨类碳材料;非碳类负极材料主要有硅基材料、锡基材料、新型合金负极材料以及氮化物材料和氧化物材料。锡基材料主要包括锡的氧化物、锡盐、锡基复合氧化物等;硅基材料分别硅、硅的氧化物、硅合金等;钛基材料主要指钛的氧化物、尖晶石结构的Li2Ti O4等;新型合金负极材料主要包括Sn基合金、Si基合金、Al基合金材料等。
目前负极材料主要分为碳负极材料和非碳负极材料两大类。其中,碳类材料主要是石墨以及石墨化碳材料和非石墨类碳材料;非碳类负极材料主要有硅基材料、锡基材料、新型合金负极材料以及氮化物材料和氧化物材料。锡基材料主要包括锡的氧化物、锡盐、锡基复合氧化物等;硅基材料分别硅、硅的氧化物、硅合金等;钛基材料主要指钛的氧化物、尖晶石结构的Li2Ti O4等;新型合金负极材料主要包括Sn基合金、Si基合金、Al基合金材料等。1.3.1 锡基负极材料
【参考文献】：
期刊论文
[1]LiNbO3-coated LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathode with high discharge capacity and rate performance for all-solid-state lithium battery[J]. Xuelei Li,Liubing Jin,Dawei Song,Hongzhou Zhang,Xixi Shi,Zhenyu Wang,Lianqi Zhang,Lingyun Zhu. Journal of Energy Chemistry. 2020(01)
[2]中国锂离子电池产业发展现状及市场发展趋势[J]. 刘彦龙. 电源技术. 2019(02)
[3]磁控溅射Sn和CuS靶制备铜锡硫薄膜电池[J]. 徐信,王书荣,陆熠磊,杨帅,李耀斌,唐臻,杨洪斌. 发光学报. 2018(11)
[4]锂离子电池正极材料研究进展[J]. 李伟伟,姚路,陈改荣,席国喜. 电子元件与材料. 2012(03)
[5]锂离子电池锡基负极材料的研究进展[J]. 万婷,穆道斌,薛欢,陈实. 材料导报. 2010(09)
[6]锂离子电池合金负极材料的研究进展[J]. 王小东,李雪鹏,孙占波,宋晓平. 电池. 2007(02)
[7]锂离子二次电池的应用和发展[J]. 安平,其鲁. 北京大学学报(自然科学版). 2006(S1)
[8]全固态薄膜锂电池及薄膜电极材料研究进展[J]. 刘震,吴锋,王芳,陈实. 功能材料. 2006(08)
[9]锂离子电池中纳米Cu-Sn合金负极材料的制备与性能研究[J]. 任建国,何向明,姜长印,万春荣. 金属学报. 2006(07)
[10]金属锑薄膜用作锂离子电池负极的研究[J]. 苏树发,曹高劭,赵新兵. 稀有金属材料与工程. 2005(03)
博士论文
[1]锂离子电池硅基复合负极材料的制备及电化学研究[D]. 高鹏飞.上海交通大学 2013
[2]锂离子电池高容量硅基薄膜负极材料的研究[D]. 陈立宝.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2007
[3]含氮族元素嵌锂材料的合成与电化学研究[D]. 王可.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所） 2003
硕士论文
[1]基于磁控溅射技术Sn基薄膜负极材料可控制备及电化学性能研究[D]. 罗明.安庆师范大学 2019
[2]锂离子电池硅基薄膜负极的磁控溅射法制备与电化学性能[D]. 毛亚雄.华南理工大学 2018
[3]碘掺杂石墨烯的制备及储锂性能研究[D]. 陈杰.西南大学 2018
[4]Y2O3/SiO2/4H-SiC堆栈栅介质MOS电容特性研究[D]. 王旭.西安电子科技大学 2017
[5]锂离子电池硅基薄膜负极材料的制备及电化学性能研究[D]. 方茜.武汉科技大学 2013
本文编号：2902090
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/2902090.html
