纳米碳导电剂改善硅基负极材料性能的研究
发布时间：2021-01-31 05:58
锂离子电池因其具有能量密度高、循环寿命长和环境友好型等优点,被广泛应用在众多领域。传统商业应用的锂离子电池负极材料一般是石墨,但是石墨的理论容量密度只有372 mAh·g-1,而硅负极材料的理论容量可达4200 mAh·g-1,所以硅受到了越来越多的关注。但是作为下一代锂离子电池负极材料,硅基负极材料还存在自身低导电性和体积膨胀两个缺点。为了克服这两个缺点,本论文通过将纳米碳导电剂与硅基材料复合,以提高硅基负极的电化学性能。开展了单一纳米碳和多元纳米碳导电剂复合微米硅负极的研究。先将导电剂CNTs、Li435（粒径20-30nm的新型导电碳）和SuperP与微米硅复合;再将CNTs、Li435和石墨烯以不同比例混合的多元导电剂与微米硅复合,制成电池并测试其性能;考虑到导电剂质地轻,易团聚,制浆过程难于分散的问题,探索制备单一导电剂复合硅基负极电极浆料的匀浆工艺。结果发现:选择与单一导电剂CNTs复合时,电池的阻抗最低,1130Ω·cm,因此CNTs为最适合与硅基材料复合的导电剂;制备电极浆料时匀浆速度3000 r/min,匀浆时间40min为...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
[42]Si电极失效机理
对硅基负极材料进行合理的结构设计,是近年来研究的热点。零维结构即球形的材料[5 6]。Ma等[57]通过硅酸四乙酯与间苯二酚-甲醛的水解和缩合制备了SiO2CTAB@polymer微球。随后碳化和镁热还原生成介孔Si@C微球(图1.2(a))。Si@C微球有常规球面形状,平均直径在500 nm,中孔大小为3.2 nm(图1.2(b-c))。这种材料表现出良好的电化学可逆性和结构完整性。在50 mA·g-1的电流密度下初始比容量的1375 mAh·g-1,100次循环后充电比容量仍然可以达到1054 mAh·g-1库仑效率高达98%(图1.2(d))。此外,复合表现出良好的额定倍率容量,在电流密度为2.0 A·g-1仍保留628 mAh·g-1(图1.2(e))。介孔之间的空隙Si NPs和碳框架,它提供了一种介质来容纳Si NPs的体积变化,从而在锂盐/脱氮过程中保持电极的完整性,因此具有良好的电化学性能。
[67]硅的一维结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池硅碳负极材料研究进展[J]. 沈晓辉,范瑞娟,田占元,张大鹏,曹国林,邵乐. 硅酸盐学报. 2017(10)
[2]锂离子电池Si/RGO@PANI三明治纳米结构负极材料的制备与电化学性能[J]. 张兴帅,许笑目,郭玉忠,黄瑞安,王剑华,杨斌,戴永年. 无机化学学报. 2017(03)
[3]碳纳米管在锂离子电池中的应用[J]. 夏雨,王双双,王义飞. 储能科学与技术. 2016(04)
[4]石墨烯/多孔纳米硅负极的电化学性能[J]. 李纯莉,杨广,张平,江志裕. 电化学. 2015(06)
[5]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)
[6]碳热还原原位合成锂离子电池硅/碳复合负极材料研究[J]. 张鹏昌,杨学林,余德馨,石长川,温兆银. 无机化学学报. 2011(05)
[7]硅/碳/碳纳米管复合负极材料的电化学性能[J]. 栾振兴,许云华,周志斌,燕映霖. 热加工工艺. 2011(04)
[8]尖晶石LiMn2O4容量衰减的原因及性能改进[J]. 万传云. 电池. 2007(06)
[9]锂电池的发展与前景[J]. 闫俊美,杨金贤,贾永忠. 盐湖研究. 2001(04)
博士论文
[1]锂离子电池硅/碳复合负极材料的制备及性能研究[D]. 苏明如.中南大学 2014
硕士论文
[1]锂离子电池硅碳复合负极材料的研究[D]. 李能.南昌大学 2016
[2]硅碳复合负极材料的制备及电化学研究[D]. 吴璇.天津大学 2015
[3]锂离子电池Si/C复合负极材料的制备及电化学性能研究[D]. 刘传永.湖南工业大学 2014
[4]硅基复合锂离子电池负极材料的制备与电化学性能研究[D]. 李晓歌.河南大学 2014
本文编号：3010326
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
[42]Si电极失效机理
对硅基负极材料进行合理的结构设计,是近年来研究的热点。零维结构即球形的材料[5 6]。Ma等[57]通过硅酸四乙酯与间苯二酚-甲醛的水解和缩合制备了SiO2CTAB@polymer微球。随后碳化和镁热还原生成介孔Si@C微球(图1.2(a))。Si@C微球有常规球面形状,平均直径在500 nm,中孔大小为3.2 nm(图1.2(b-c))。这种材料表现出良好的电化学可逆性和结构完整性。在50 mA·g-1的电流密度下初始比容量的1375 mAh·g-1,100次循环后充电比容量仍然可以达到1054 mAh·g-1库仑效率高达98%(图1.2(d))。此外,复合表现出良好的额定倍率容量,在电流密度为2.0 A·g-1仍保留628 mAh·g-1(图1.2(e))。介孔之间的空隙Si NPs和碳框架,它提供了一种介质来容纳Si NPs的体积变化,从而在锂盐/脱氮过程中保持电极的完整性,因此具有良好的电化学性能。
[67]硅的一维结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池硅碳负极材料研究进展[J]. 沈晓辉,范瑞娟,田占元,张大鹏,曹国林,邵乐. 硅酸盐学报. 2017(10)
[2]锂离子电池Si/RGO@PANI三明治纳米结构负极材料的制备与电化学性能[J]. 张兴帅,许笑目,郭玉忠,黄瑞安,王剑华,杨斌,戴永年. 无机化学学报. 2017(03)
[3]碳纳米管在锂离子电池中的应用[J]. 夏雨,王双双,王义飞. 储能科学与技术. 2016(04)
[4]石墨烯/多孔纳米硅负极的电化学性能[J]. 李纯莉,杨广,张平,江志裕. 电化学. 2015(06)
[5]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)
[6]碳热还原原位合成锂离子电池硅/碳复合负极材料研究[J]. 张鹏昌,杨学林,余德馨,石长川,温兆银. 无机化学学报. 2011(05)
[7]硅/碳/碳纳米管复合负极材料的电化学性能[J]. 栾振兴,许云华,周志斌,燕映霖. 热加工工艺. 2011(04)
[8]尖晶石LiMn2O4容量衰减的原因及性能改进[J]. 万传云. 电池. 2007(06)
[9]锂电池的发展与前景[J]. 闫俊美,杨金贤,贾永忠. 盐湖研究. 2001(04)
博士论文
[1]锂离子电池硅/碳复合负极材料的制备及性能研究[D]. 苏明如.中南大学 2014
硕士论文
[1]锂离子电池硅碳复合负极材料的研究[D]. 李能.南昌大学 2016
[2]硅碳复合负极材料的制备及电化学研究[D]. 吴璇.天津大学 2015
[3]锂离子电池Si/C复合负极材料的制备及电化学性能研究[D]. 刘传永.湖南工业大学 2014
[4]硅基复合锂离子电池负极材料的制备与电化学性能研究[D]. 李晓歌.河南大学 2014
本文编号：3010326
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3010326.html
