【摘要】：能源危機(jī)嚴(yán)重制約我國的可持續(xù)發(fā)展,開發(fā)與應(yīng)用新型高性能儲能技術(shù)成為解決能源危機(jī)的有效途徑之一。鋰離子電池由于其具有的工作電壓高、能量密度大、安全性好、質(zhì)量輕、無污染等特點(diǎn)被廣泛研究和運(yùn)用,是便攜式電子設(shè)備及電動汽車的理想電源。為了克服現(xiàn)有的鋰電池硅基材料在充放電過程中硅納米顆粒膨脹粉化的缺點(diǎn)以及硅納米顆粒與碳兼容性較差的缺陷,本論文以鋰離子電池硅摻雜碳多孔復(fù)合負(fù)極材料應(yīng)用于高容量鋰離子電池為研究與應(yīng)用背景,所制備的硅摻雜碳多孔復(fù)合材料可以提供有效的緩沖空間以減輕硅納米顆粒在鋰嵌入過程中的巨大體積變化與持續(xù)的壓力變化的影響,為有效地解決鋰電硅粉末化提供一定的理論指導(dǎo)。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)采用氣相沉積和發(fā)泡制孔的方法,經(jīng)過高溫碳熱解、發(fā)泡制孔劑升華和碳包覆等過程制備鋰離子電池硅摻雜碳大孔復(fù)合薄膜。對硅納米顆粒進(jìn)行氧化、接羥基、有機(jī)硅氧烷表面改性,研究硅納米顆粒的氧化厚度,通過SEM、TEM、氮?dú)馕矫摳綔y試等表征硅納米顆粒表面修飾改性后的薄膜表面的孔洞結(jié)構(gòu)。薄膜作為鋰離子電池負(fù)極材料應(yīng)用時,首次嵌鋰容量達(dá)1045mAh g~(-1),脫鋰容量為961mAh g~(-1),庫侖效率為91.96%,循環(huán)100次后庫侖效率為88.10%,顯示較好的充放電性能。(2)通過一種簡單的制備樣品鋰離子硅摻雜碳多孔復(fù)合負(fù)極材料的方法,依次制備m(Si):m(PTA)=1:15、1:30、1:45、1:60、1:75的樣品硅摻雜碳多孔復(fù)合負(fù)極材料A、B、C、D、E,利用SEM觀察孔結(jié)構(gòu),并通過比表面積孔隙分析儀測試樣品,計(jì)算出不同制備條件下所得到的負(fù)極材料的比表面和孔容、孔徑數(shù)據(jù),同時,對樣品A、B、C、D、E的電化學(xué)性能進(jìn)行評價,探討硅納米顆粒與發(fā)泡劑的質(zhì)量比對材料的泡孔結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響規(guī)律,尋找最佳的硅納米顆粒與發(fā)泡劑的質(zhì)量比,并探討發(fā)泡劑PTA在材料中的發(fā)泡機(jī)理。其中介孔材料樣品D為最佳,BET比表面積約為568.71 m~2 g~(-1),泡孔平均直徑為24nm,首次放電容量為1627.6mAh g~(-1),充電容量為1597mAh g~(-1),庫倫效率為92.02%,100次循環(huán)電容量有很高的保留能力,電化學(xué)性能得到改善。
【圖文】：

第一章 緒論1.1 前言隨著科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，需要耗掉大量的能源和資源，圖 1.1 為近 50 年來世界能源的需求組成圖[1]。進(jìn)入新世紀(jì)，，研究節(jié)能技術(shù)、開發(fā)清潔可再生能源和應(yīng)用新型儲能技術(shù)成為解決今后能源問題的有效途徑。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，汽車產(chǎn)量得到迅速增長，燃油汽車成為嚴(yán)重的大氣污染來源之一，電動汽車以及混合動力汽車由于其清潔環(huán)保成為世界各國汽車行業(yè)發(fā)展的新熱點(diǎn)，以電能驅(qū)動代替化石燃料的內(nèi)能驅(qū)動，現(xiàn)有電動汽車由于儲電設(shè)備存在儲電量低、充放次數(shù)少等問題而未能得到市場的認(rèn)同與消費(fèi)者的青睞，因而尋找合適的儲能裝備解決電能的儲備問題是能源領(lǐng)域中重要的研究方向之一。

圖 1-2 鋰離子電池充放電原理圖Fig 1-2 Lithium-ion battery charge and discharge schematic具體過程為，充電時，鋰離子從 LiCoO2脫出，同時失去相應(yīng)電荷的電子 Co3+氧化為 Co4+，負(fù)極側(cè)，鋰離子插入到石墨層中形成 LixC，同時得到相荷的電子；放電時，鋰離子從石墨層中脫出，回到正極材料中，正極同時得應(yīng)電荷的電子，使得 Co4+還原為 Co3+�？偟倪^程表現(xiàn)為，在充放電過程中子來回的在正負(fù)極中遷移，電極材料發(fā)生相應(yīng)的可逆的氧化還原反應(yīng)[22]。3 鋰離子電池負(fù)極材料研究概述選擇恰當(dāng)?shù)恼?fù)極材料是提高鋰離子電池電化學(xué)性能的一個很關(guān)鍵的途徑恰當(dāng)?shù)匿囯x子電池的負(fù)極材料應(yīng)該滿足以下六點(diǎn)要求[23-25]：（1）具有接近金屬鋰的電位，保證鋰離子電池具有較高的輸出電壓；
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TM912

【參考文獻(xiàn)】

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1 于曉磊;楊軍;馮雪嬌;高鵬飛;王久林;努麗燕娜;;多孔硅/碳復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能[J];無機(jī)材料學(xué)報;2013年09期

2 張鵬昌;楊學(xué)林;余德馨;石長川;溫兆銀;;碳熱還原原位合成鋰離子電池硅/碳復(fù)合負(fù)極材料研究[J];無機(jī)化學(xué)學(xué)報;2011年05期

3 曹斌;劉慶雷;張荻;;多孔C/Fe納米復(fù)合材料的制備及表征[J];無機(jī)材料學(xué)報;2010年05期

4 王磊;張立群;田明;;靜電紡絲聚合物纖維的研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2009年02期

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1 馮雪嬌;鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料的研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 楠頂;鋰離子電池自支撐一維多孔碳與硅碳復(fù)合負(fù)極材料研究[D];清華大學(xué);2014年

3 朱小奕;化學(xué)氣相沉積法合成鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料的研究[D];青島大學(xué);2013年

4 周丹丹;多級孔碳基材料及其在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

5 高鵬飛;鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)研究[D];上海交通大學(xué);2013年

6 姚永毅;靜電紡絲法制備聚合物納米纖維及其應(yīng)用[D];四川大學(xué);2004年

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1 顏世銀;鋰離子電池改性硅/石墨負(fù)極材料的性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 陳思源;鋰離子電池硅基負(fù)極材料的改性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 王攀攀;鋰離子電池多孔硅基材料的制備及改性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

4 于曉磊;鋰離子電池用高性能硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備與性能研究[D];上海交通大學(xué);2013年

5 鐘晶;靜電紡絲法制備聚丙烯腈纖維及其預(yù)氧化的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2009年

6 朱江疆;新型碳泡沫的制備及其結(jié)構(gòu)、性能研究[D];東華大學(xué);2007年

本文編號：2654994