本文關(guān)鍵詞：硅基鋰離子電池負(fù)極復(fù)合材料的制備及性能研究　出處：《青島大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：硅在用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)理論比容量很高(4200mAh/g),嵌鋰電位適中(約0.4 V),因此在放電時(shí)表面不容易析鋰、安全性較好,且硅元素在地殼中儲(chǔ)量豐富、易于獲取、價(jià)格低廉。但是硅基材料在充電或使用時(shí)體積改變較大,且電導(dǎo)率較低。為了解決上述問題,本論文采取了不同的工藝制備了硅基復(fù)合負(fù)極材料,并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了探究。首先,通過水熱法制備了Si/Li_4Ti_5O_(12)復(fù)合負(fù)極原料,相比較于純硅樣品,此復(fù)合樣品具有較大首次可逆容量,為550mAh/g,經(jīng)過30次循環(huán)后,容量保持在310mAh/g。電化學(xué)阻抗測試表明復(fù)合材料內(nèi)阻明顯低于純硅樣品,而且復(fù)合材料中鋰離子擴(kuò)散系數(shù)也高于純硅樣品。掃描電鏡(SEM)同能譜儀(EDS)聯(lián)合表征發(fā)現(xiàn),材料中硅顆粒之間被鈦酸鋰所填充,由于鈦酸鋰充放電過程中的零應(yīng)變效應(yīng),一定程度上會(huì)減緩了硅在充電或使用中的體積改變,從而使得循環(huán)性能有所提升。然后,利用溶膠凝膠法制備了不同摩爾配比的Si/TiO_2復(fù)合材料,通過SEM和透射電鏡(TEM)表征發(fā)現(xiàn)此種材料由硅顆粒堆砌而成,硅顆粒之間被二樣氧化鈦所填充,XRD表明復(fù)合過程并沒有對(duì)Si和TiO_2的物相產(chǎn)生影響。電化學(xué)測試表明,Si與TiO_2摩爾比為1:3的樣品經(jīng)過30次的循環(huán)后比容量能保持在750mAh/g,性能最佳。交流阻抗譜表明(EIS),摩爾比為1:3的樣品內(nèi)阻明顯低于其它樣品,鋰離子擴(kuò)散系數(shù)高于其它樣品。最后,采用靜電紡絲法制取了不同硅含量的Si/C復(fù)合負(fù)極原料,并對(duì)不同分子量的碳源對(duì)材料的影響進(jìn)行了初步探索。研究發(fā)現(xiàn)硅含量為60%的樣品首次充電比容量為2189mAh/g,放電比容量為2151mAh/g,庫倫效率為98%,遠(yuǎn)高于常用石墨材料。從循環(huán)穩(wěn)定性來看,經(jīng)過30次循環(huán)后,其比容量為250mAh/g,也遠(yuǎn)高于純硅樣品,說明碳的存在減緩了硅在充電或使用過程中的因體積改變帶來的不利影響。EIS表明此配比的樣品內(nèi)阻明顯低于純硅樣品,主要原因是碳的引入增強(qiáng)了復(fù)合材料導(dǎo)電性能。
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912;TB33

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