【摘要】：Si材料是目前最具潛力的鋰離子電池負(fù)極材料,因?yàn)镾i在作為鋰離子電池負(fù)極時(shí)擁有目前已知的最高比容量,約為目前商業(yè)化鋰離子電池所使用的C材料的十倍,這將大大提升負(fù)極材料的能量密度。不僅如此,相比于石墨,硅的電壓平臺稍高,這樣不僅可以提高功率密度,而且在充電時(shí)不會引起表面析鋰,安全性能更好。另外,硅在地殼中的含量相當(dāng)豐富,價(jià)格低廉,這有助于節(jié)省成本、推動鋰離子電池的商業(yè)化應(yīng)用。但Si材料目前還不能單獨(dú)作為鋰離子電池的負(fù)極材料進(jìn)行使用。這是因?yàn)楣柝?fù)極的電極循環(huán)性能很差:在電化學(xué)儲鋰的過程中,材料的體積變化將達(dá)到300%以上。這一巨大的體積效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力會不斷的破壞電極表面形成的固體電解質(zhì)膜(SEI),從而降低鋰離子的傳輸效率,影響電池的性能。同時(shí)硅自身會發(fā)生粉化并與集流體之間逐漸分離,直至喪失接觸,導(dǎo)致充放電效率降低,循環(huán)性能迅速下降。更重要的是,由于硅是典型的半導(dǎo)體材料,它的電阻率極高,在應(yīng)用中必須想辦法提高電極的導(dǎo)電能力,這將對電極的電化學(xué)性能產(chǎn)生更多方面的影響。本文通過磁控濺射法制備一系列Fe-Si非晶薄膜,在選擇合適的薄膜厚度后,針對薄膜中Fe含量對薄膜性能的影響進(jìn)行研究。由于非晶材料的性能與局域結(jié)構(gòu)緊密相關(guān),因此薄膜材料局域結(jié)構(gòu)的不同是否會影響其在作為電極材料時(shí)的電化學(xué)性能也是本文的研究重點(diǎn)。本文通過X射線衍射,透射電鏡,紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)等對薄膜進(jìn)行物理表征及分析;通過恒流充放電、循環(huán)伏安測試等對材料進(jìn)行電化學(xué)測試。結(jié)果表明:薄膜表面平整,致密度良好,隨成分變化分別顯示出直接帶隙及間接帶隙兩種不同的半導(dǎo)體特性,表明具有不同的局域結(jié)構(gòu);膜厚在250~350nm左右的Fe-Si非晶薄膜擁有較好的循環(huán)穩(wěn)定性;Fe-Si非晶薄膜在作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)其容量在100次循環(huán)后保持在621mAh/g及以上,且充放電庫倫效率均接近100%;局域結(jié)構(gòu)的不同對薄膜材料的電化學(xué)性能會產(chǎn)生一定的影響。在前文的基礎(chǔ)上,本文進(jìn)一步用同樣的方法制備了少量Fe-Si-C非晶薄膜,通過X射線衍射儀可以推測本文成功制備了非晶的Fe-Si-C薄膜。除此之外,恒流充放電測試的結(jié)果表明隨著薄膜中Fe、C元素的增加,相應(yīng)電池的循環(huán)性能得到了一定提高,但比容量水平稍有下降。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2649769