【摘要】：硅材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有高的理論比容量(4200mAh·g~(-1))約碳負(fù)極材料(372mAh·g~(-1))的10倍。但是,伴隨著鋰離子在硅負(fù)極材料中的反復(fù)穿插,最終使得硅負(fù)極材料產(chǎn)生不可逆的巨大的體積膨脹,膨脹率約是碳負(fù)極材料作鋰離子電池的300%。為解決該難題,本論文分別對三種存在形式的硅材料即單質(zhì)硅、硅鐵合金、二氧化硅進(jìn)行改性處理,并復(fù)合一定量人造石墨,制備出具有較高比容量和穩(wěn)循環(huán)性能的硅負(fù)極材料鋰離子電池。以掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、紅外光譜等對材料物相及組成進(jìn)行表征,使用武漢藍(lán)電測試系統(tǒng)和電化學(xué)工作站對于復(fù)合材料作鋰離子電池負(fù)極的電化學(xué)性能進(jìn)行了測試。主要工作及結(jié)果如下:(1)對單質(zhì)硅的改性。通過選用微米硅(1μm)并復(fù)合40%人造石墨為鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì),以片狀導(dǎo)電石墨KS-6為導(dǎo)電劑,以聚偏氟乙烯PVDF為粘結(jié)劑而制成電極片,其中質(zhì)量比為活性物質(zhì):導(dǎo)電劑:粘結(jié)劑=6:2:2。該復(fù)合材料制作成鋰離子電池負(fù)極電極片的電化學(xué)循環(huán)性能較佳,首次脫鋰比容量可達(dá)3865.4mAh·g~(-1),首次庫倫效率72.5%,循環(huán)300次后,仍有820mAh·g~(-1)的可逆比容量。(2)對硅鐵合金的改性。采用鹽酸浸蝕Si-Fe(含Si量40%)合金粉末的方法制備出多孔硅材料,然后復(fù)合人造石墨作為鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì)。通過對浸蝕Si-Fe合金粉鹽酸的濃度及與人造石墨的復(fù)合比例的研究,得出鹽酸體積濃度為10%時可完全制得出多孔硅材料,其比表面積增加到10.98m~2.g~(-1)。此多孔硅材料與人造石墨按照1:2的比例混合為負(fù)極活性材料制得的鋰離子電池,在200mA.g~(-1)電流密度下充放電,首次脫鋰比容量可達(dá)3214mAh·g~(-1),庫倫效率為75.93%,循環(huán)100次后,仍有845.3mAh·g~(-1)的可逆比容量�？梢�,其充放電上具有一定的穩(wěn)定性。(3)對二氧化硅的改性。采用高能球磨和高溫?zé)峤獾墓に?制得了電化學(xué)性能優(yōu)異的Si02/AG復(fù)合負(fù)極材料。電化學(xué)性能測試表明,含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的Si02復(fù)合材料經(jīng)600℃高溫后,作為負(fù)極活性材料制得的鋰離子電池,在電流密度200mA·g~(-1)下充放電,首次脫鋰比容量可達(dá)1763.6mAh·g~(-1),庫倫效率為58.98%,循環(huán)60次后,仍有1200mAh·g~(-1)的可逆比容量�；谝陨先惞璨牧献麂囯x子二次電池負(fù)極材料的研究發(fā)現(xiàn),由于硅類材料的導(dǎo)電性及粘結(jié)性等問題,以致無論硅單質(zhì),還是被鹽酸浸蝕成孔狀的硅,乃至硅的氧化物,都需要復(fù)合一定量的人造石墨,制得的鋰離子電池才能發(fā)揮出較好的電化學(xué)性能。在三類硅材料中,硅單質(zhì)成本較高,尤其粒度越小價格越貴;浸蝕硅鐵合金粉制得的多孔硅,雖然硅鐵合金粉價格低廉,但制備出多孔硅空隙大小及分布可控性差;而二氧化硅有著來源廣、成本低、制備可控性好等優(yōu)勢,制得的電池在比容量、循環(huán)壽命及穩(wěn)定性也顯示一定的優(yōu)勢。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TM912
【圖文】：

逑．：Ｗ：，：邋‘十逡逑圖３－１不同導(dǎo)電劑的人造石墨電極片形貌圖：ａ）ＡＧＰ－８１１；ｂ）ＡＧＫ－８１１逡逑Ｆｉｇ．邋３－１邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ邋ｇｒａｐｈｉｔｅ邋ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ邋ｗｉｔｈ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ邋ａｇｅｎｔｓ：逡逑ａ）邋ＡＧＰ－８１１；ｂ）邋ＡＧＫ－８１１逡逑３．３．２人造石墨的ＸＲＤ圖譜分析逡逑圖３－２為人造石墨的ＸＲＤ圖譜，從圖中可見在２０等于２６．５°、４５．１°和５４．５°出現(xiàn)了逡逑人造石墨的特征峰，與人造石墨標(biāo)準(zhǔn)卡片６５－６２１２的峰值吻合，且無其他雜質(zhì)峰，說明逡逑其具有良好晶型。逡逑０３逡逑？ｍｍ逡逑Ｓ逡逑Ｃ逡逑！■■■逡逑Ａ邋＾邋，邐．逡逑１５邐３０邐４５邐６０邐７５邐９０逡逑２０／（°）逡逑圖３－２人造石墨的ＸＲＤ譜圖逡逑Ｆｉｇ．邋３－２邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ＡＧ逡逑３．３．３人造石墨負(fù)極鋰離子電池循環(huán)性能曲線逡逑表３－１列出了不同負(fù)極材料的電池前６０圈循環(huán)性能參數(shù)。圖３－３顯示了兩種導(dǎo)電劑逡逑的人造石墨負(fù)極鋰離子電池ＡＧＰ－８１１和ＡＧＫ－８１１循環(huán)壽命曲線。由表３－１和圖３－３可見，逡逑雖然ＡＧＫ－８１１首次充放電比容量，庫倫效率及６０次的充放電比容量和庫倫效率不亞于逡逑ＡＧＰ－８１１，但其循環(huán)穩(wěn)定性較ＡＧＰ－８１１差。這有可能在快速充放電情況下，使用石墨類逡逑導(dǎo)電劑ＫＳ－６使電極產(chǎn)生了極化，使活性物質(zhì)利用率降低％。然而，片狀的人造石墨與逡逑納米級球狀的導(dǎo)電炭黑（ＳＰ）有更好的接觸

３．３．４人造石墨負(fù)極鋰離子電池阻抗性能曲線逡逑將ＡＧＰ－８ＩＩ和ＡＧＫ－８ＩＩ制成的電極片裝成扣式電池后靜置Ｉ２ｈ，進(jìn)行交流阻抗測逡逑試，其結(jié)果見圖３－４。由圖３－４可見，ＡＧＰ－８１１電阻值更小，這是因為炭黑導(dǎo)電劑ＳＰ具逡逑有更好的離子和電子導(dǎo)電能力，球形的炭黑導(dǎo)電劑ＳＰ比表面積更大，更利于電解質(zhì)的逡逑吸附從而提高離子導(dǎo)電率。另外，與人造石墨更緊密地接觸，有效降低電阻值。由此可逡逑見，對于石墨類負(fù)極鋰離子電池導(dǎo)電劑的合理選擇也可以增加活性物質(zhì)間的電接觸，從逡逑而降低電池內(nèi)阻

【參考文獻(xiàn)】

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1 汪倩雯;杜顯鋒;陳夕子;徐友龍;;鋰離子電池TiO_2納米管負(fù)極材料[J];物理化學(xué)學(xué)報;2015年08期

2 黃燕華;韓響;陳慧鑫;陳松巖;楊勇;;鋰離子電池多孔硅/碳復(fù)合負(fù)極材料的研究[J];無機(jī)材料學(xué)報;2015年04期

3 陳汝文;涂新滿;陳德志;;過渡金屬氮化物在鋰離子電池中的應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2015年04期

4 袁頌東;胡昆鵬;羅意;熊坤;;一種新型高比表面積多孔材料的制備與表征[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報;2013年03期

5 何月德;劉洪波;石磊;洪泉;夏笑虹;楊麗;陳惠;;改性球形微晶石墨用作鋰離子電池負(fù)極材料的研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年11期

6 鄭立娟;盧星河;;動力型鋰離子電池導(dǎo)電劑的研究及展望[J];現(xiàn)代化工;2009年09期

7 崔靜潔;何文;廖世軍;夏熙;;多孔材料的孔結(jié)構(gòu)表征及其分析[J];材料導(dǎo)報;2009年13期

8 張穎;張海芳;韓恩山;汪大云;;鋰離子電池氧化物負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J];無機(jī)鹽工業(yè);2009年01期

9 楊學(xué)林;張露露;游敏;溫兆銀;汪清;;機(jī)械化學(xué)法原位合成硅/錫二元儲鋰母體復(fù)合負(fù)極材料的研究[J];無機(jī)化學(xué)學(xué)報;2008年08期

10 萬傳云;;尖晶石LiMn_2O_4容量衰減的原因及性能改進(jìn)[J];電池;2007年06期

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1 王雪;鋰離子電池硅銀復(fù)合負(fù)極材料的制備及改性研究[D];河北科技大學(xué);2013年

本文編號：2729033