本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究　出處：《重慶大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 硅/聚苯胺復(fù)合材料 硅/炭復(fù)合材料 多孔硅 電化學(xué)性能

【摘要】：在目前眾多的已被研究的鋰離子電池負(fù)極材料當(dāng)中,硅材料有著最高的理論容量(4200mAh/g)。和商業(yè)上常用的石墨類材料(372mAh/g)相比,硅材料高出了十倍,所以說以硅作為鋰離子電池負(fù)極材料具有非常大的前景。但是硅材料的導(dǎo)電性很低,此外硅材料在充放電過程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹,導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)遭到破壞,循環(huán)性能隨之降低。因此硅材料在商業(yè)化應(yīng)用上受到了極大的限制。所以對(duì)硅材料進(jìn)行改性研究以緩解或限制它的體積效應(yīng),是現(xiàn)在對(duì)硅材料研究的主要方向。在本文中,以苯胺為單體,以球形納米硅為硅源,利用原位聚合法制備具有核殼結(jié)構(gòu)的硅/聚苯胺復(fù)合材料,制備過程中硅/苯胺的質(zhì)量比為1:0.3,1:0.5,1:1,1:2,1:3;采用原位聚合和高溫炭化兩步法,制備硅/聚苯胺基炭復(fù)合材料,制備過程中硅/苯胺的質(zhì)量比為1:1,1:2,1:3,1:4,炭化溫度為950℃。利用SiO的歧化反應(yīng)和氫氟酸洗兩步法,制備多孔硅材料;采用甲苯作炭源,利用化學(xué)氣相沉積法制備多孔硅/炭復(fù)合材料。采用紅外光譜和掃描電鏡等方法對(duì)所制備硅/聚苯胺復(fù)合材料以及硅/聚苯胺基炭復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,采用恒流充放電法測試兩種復(fù)合材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:當(dāng)硅:苯胺的比例為1:0.5時(shí)所制備的復(fù)合材料,測試條件為充放電時(shí)間限制在77h,充放電電流密度在20mAh/g時(shí),經(jīng)19次循環(huán)后其可逆容量保持在1464 mAh/g。當(dāng)硅:苯胺比例為1:3時(shí)所制備硅/炭復(fù)合材料表現(xiàn)出最優(yōu)的電化學(xué)性能。充放電時(shí)間限制在77h,充放電電流密度為20mAh/g時(shí),經(jīng)19次循環(huán)后其可逆容量保持在1484mAh/g。當(dāng)充放電電流密度分別為50,100,200mAh/g時(shí),其可逆容量分別為1141mAh/g、930mAh/g、625 mAh/g,這表明炭包覆量對(duì)復(fù)合材料的電化學(xué)性能具有一定的影響。通過X-射線衍射和比表面積及孔徑測試等方法對(duì)所制備多孔硅進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,采用恒流充放電法對(duì)多孔硅及多孔硅/炭復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)行測試。結(jié)果表明:多孔硅材料的BET比表面積為7.73m2/g,BJH總孔容為0.0144cm3/g,平均孔徑為74.8nm。當(dāng)充放電電流密度為20mAh/g時(shí),經(jīng)18次循環(huán)后多孔硅和多孔硅/炭復(fù)合材料的可逆容量分別保持在485 mAg/h,727mAg/h,這表明炭包覆有利于多孔硅材料電化學(xué)性能的提高。
[Abstract]:At present many have been studied as anode materials for lithium ion batteries, silicon material has a maximum theoretical capacity (4200mAh/g). And the most frequently used commercial graphite materials (372mAh/g) compared to silicon material ten times higher, so using silicon as anode materials for lithium ion batteries has great prospects. But the conductivity of the silicon material is very low, in addition of silicon materials will result in serious volume expansion in the process of charge and discharge, resulting in the destruction of the structure material, the cycle performance decreases. Therefore silicon materials are restricted in commercial application. So the silicon material was modified to alleviate or limit the volume effect of it now, is the main direction of the silicon material research. In this paper, using aniline as monomer, with spherical nano silica as silicon source, prepared with core-shell structure prepared by in situ polymerization of silicon / polyaniline composite material, preparation process The silicon / aniline mass ratio is 1:0.3,1:0.5,1:1,1:2,1:3; by in situ polymerization and carbonization and two step method for preparing silicon based carbon / polyaniline composite material, preparation process of Si / aniline mass ratio 1:1,1:2,1:3,1:4, carbonization temperature is 950 DEG C. By disproportionation reaction and hydrofluoric acid SiO to wash the two step, the preparation of porous silicon materials; using toluene as carbon source, porous silicon / carbon composites prepared by chemical vapor deposition. By infrared spectroscopy and scanning electron microscopy of the prepared silicon / polyaniline composites and structure of Polyaniline / silicon based carbon composites were characterized, using constant current charge discharge test of two kinds of electrochemical performance of composite materials the results indicate that when the ratio of aniline: silicon composite material prepared by 1:0.5, test conditions to limit the charge and discharge time at 77h, charge discharge current density at 20mAh/g, after 19 cycles, the reversible capacity. When a silicon at 1464 mAh/g.: the ratio of aniline prepared silicon / carbon composite exhibits the best electrochemical performance of 1:3. The charge and discharge time at 77h, the charge discharge current density of 20mAh/g, after 19 cycles, the reversible capacity is maintained at 1484mAh/g. when the charge discharge current density respectively 50100200mAh/g. The reversible capacity was 1141mAh/g, 930mAh/g, mAh/g 625, which indicates that the amount of carbon coating has certain effect on electrochemical properties of composite materials. By means of X- ray diffraction and specific surface area and pore size testing method for the preparation of porous silicon structures were characterized by galvanostatic charge discharge, the porous silicon the electrochemical performance / carbon composites were tested. The results show that the porous silicon BET surface area of 7.73m2/g, BJH and total pore volume is 0.0144cm3/g, average pore size is 74.8nm. when the charge discharge current density is 20mAh/g, after 18 times After cycling, the reversible capacity of porous silicon and porous silicon / carbon composites is kept at 485 mAg/h, 727mAg/h, which indicates that carbon coating is favorable for improving the electrochemical performance of porous silicon materials.

【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 戴萃辰;脂肪族化合物的物理化學(xué)性能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[J];自然雜志;1979年07期

2 何林生;;鈦白廢酸提鈧及鈧的應(yīng)用[J];杭州化工;1991年02期

3 張勇;霍慶媛;王力臻;張愛勤;宋延華;;LiFePO_4/MWNTs/BC復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能[J];熱加工工藝;2012年24期

4 杜霞;薛衛(wèi)東;劉帆;李昱樹;;n型硅/碳復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究[J];電子元件與材料;2013年01期

5 ;鈦及鈦鉬合金電化學(xué)性能的研究[J];上海有色金屬;1978年03期

6 龔茜，，譚攸庚;釕鈦錫氧化物陽極表面形態(tài)及電化學(xué)性能研究[J];氯堿工業(yè);1995年05期

7 鄧凌峰;陳洪;;2,5-二巰基-1,3,4-噻二唑的合成及電化學(xué)性能[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年22期

8 Degussa;徐翔飛;;“白炭黑”的制備工藝及其物理—化學(xué)性能[J];橡膠譯叢;1981年03期

9 劉春蓮;;《材料化學(xué)性能》課的教學(xué)實(shí)踐[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版);2002年S1期

10 章宗穰;許傳經(jīng);潘幼良;;旋轉(zhuǎn)環(huán)—盤電極的研制和電化學(xué)性能研究[J];上海師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1984年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 郄富昌;彭慶文;唐致遠(yuǎn);;鋰離子電池負(fù)極材料Li_2ZnTi_3O_8/C納米顆粒的制備及其電化學(xué)性能[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

2 李良超;郝仕油;林秋月;應(yīng)桃開;;納米氧化錳的制備及其電化學(xué)性能研究[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

3 劉志超;黨海軍;陳廣宇;張自祿;;氟化石墨的制備與電化學(xué)性能[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

4 張森;李志勇;;氟化處理對(duì)儲(chǔ)氫合金電化學(xué)性能的影響研究[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

5 季益剛;周益明;邵陽;戴躍華;俞燕青;王青;唐亞文;陸天虹;沈濤;;氫氧化鎳的低熱固相合成及其電化學(xué)性能[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

6 董怡辰;王振波;秦華;;炭包覆對(duì)動(dòng)力鋰離子電池正極材料電化學(xué)性能影響[A];第22屆炭—石墨材料學(xué)術(shù)會(huì)論文集[C];2010年

7 侯磊;吳茂;何新波;曲選輝;;碳含量對(duì)磷酸釩鋰電化學(xué)性能的影響[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

8 鄒紅麗;招睿雄;沈培康;;鎢摻雜LiFePO_4的合成和電化學(xué)性能研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

9 樊小勇;江宏宏;黃令;孫世剛;;電鍍錫作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

10 王婷;曹中秋;邊靜;;鎂鋁儲(chǔ)氫電極合金的制備及電化學(xué)性能研究[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 ;鋅的性質(zhì)與用途[N];期貨日?qǐng)?bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 盧桂霞;過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

2 胡梅娟;金屬氧化物基鋰/鈉離子電池負(fù)極材料制備與電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2014年

3 劉芳延;基于綜纖維素制備炭基復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

4 江小劍;基于脫合金法的錳基微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

5 王聰;鋰離子電池電極材料Li_3V_2(PO_4)_3的制備及其電化學(xué)性能改性研究[D];北京化工大學(xué);2015年

6 莫潤偉;高性能鋰離子電池正極材料LiV_3O_8的制備及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

7 歷彪;鈦的含氟氧化物及其鋰化產(chǎn)物納米粒子的合成、表征與電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

8 劉清朝;鋰空氣電池電極材料的制備和電化學(xué)性能研究[D];吉林大學(xué);2015年

9 石麗麗;新型鋰硫電池正極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];北京理工大學(xué);2016年

10 劉兵;錫/鉬基鋰離子電池負(fù)極材料的微結(jié)構(gòu)調(diào)控及儲(chǔ)鋰性能研究[D];北京理工大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 栗志同;釩基材料的合成、表征及其電化學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫復(fù)合材料的制備及其Li-S電池電化學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 燕平;氫驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)法制備Li_xal_ySi_z鋰離子電池負(fù)極材料及其電化學(xué)性能[D];浙江大學(xué);2015年

4 杜志玲;摻氮多孔碳的制備及其電化學(xué)性能研究[D];燕山大學(xué);2015年

5 宋巧蘭;新型離子液體的制備及其電化學(xué)性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

6 黃文靜;新型導(dǎo)電聚合物-石墨烯電極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

7 康怡然;納米二氧化錳/碳材料復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];鄭州大學(xué);2015年

8 張亦弛;低維氧化鉬納米材料微觀結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

9 李濤;Fe-Mn-Ti-C鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

10 申亞舉;水系鋰離子電池負(fù)極材料LiTi_2(P0_4)_3的制備及性能研究[D];沈陽理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：1371657