鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長和環(huán)境友好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在便攜式電器和電動汽車領(lǐng)域。鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)之一是開發(fā)新型的高比容量負(fù)極材料。硅的儲量豐富,其理論容量是目前商用負(fù)極材料石墨的10倍,是最有潛力的負(fù)極材料,但硅在充放電過程中的體積膨脹和粉化問題嚴(yán)重制約了它的商業(yè)化進(jìn)程。目前,改善鋰離子電池硅材料負(fù)極的主要策略是納米化、多孔化,或?qū)⑺c其它材料進(jìn)行復(fù)合。本文通過物理濺射沉積技術(shù)制備了Si/C和Ge/C復(fù)合材料,并研究了其物理性質(zhì)及作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能,對改善硅鍺基鋰離子電池的循環(huán)性能具有重要借鑒意義。本論文的主要研究內(nèi)容如下:1.在室溫條件下,采用磁控濺射技術(shù)制備了不同厚度的純硅電極和Si/C薄膜電極,針對它們作為鋰離子電池負(fù)極材料的性能進(jìn)行了研究。不同厚度的純硅電極的研究表明,較薄的100 nm的純硅電極具有較好的電化學(xué)性能;且7層Si/C交替結(jié)構(gòu)活化的速率較快,這與碳薄膜增加了導(dǎo)電性有關(guān)。2.室溫生長的C/Si/C/Si/C(10 nm/50 nm/10 nm/50 nm/10 nm)結(jié)構(gòu)電極具有最優(yōu)的循環(huán)穩(wěn)定性,在循環(huán)145次后,其容量保持率仍高達(dá)88.45%,這主要是因?yàn)樘急∧て鸬搅撕芎玫陌埠蛯?dǎo)電作用導(dǎo)致的。100 ~oC下生長的電極的比容量較高,且100 ~oC為最佳的Si/C負(fù)極的活化溫度。3.研究石墨烯基Ge量子點(diǎn)的生長演變機(jī)制,對于制備均勻分布的Ge量子點(diǎn)/石墨烯復(fù)合材料及作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用具有重要意義。在500 ~oC生長溫度下,通過控制不同的Ge的沉積量,研究石墨烯基Ge量子點(diǎn)的生長演變規(guī)律。表面形貌及統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,當(dāng)Ge的沉積時(shí)間為300 s時(shí),Ge量子點(diǎn)具有較好的尺寸均勻性和較大的密度(3.52×10~(10)/cm~2),高度主要分布在1.0~2.0 nm之間,底徑主要分布在30~40 nm之間。Raman光譜表明,隨著Ge沉積量的增加,Ge的結(jié)晶性逐漸變好,Ge在石墨烯中引入的缺陷逐漸變少。XPS分析表明,Ge量子點(diǎn)表面氧化較為嚴(yán)重,Ge-C鍵的存在證明Ge與C之間發(fā)生了相互作用。
【學(xué)位單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM912;TB33
【部分圖文】：

(a)所示，其核心部件為考夫曼離子槍

(b)所示為磁控濺射的工作原理示意圖

圖3.6分別為Si/C/Si(100nm/20nm/100
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張學(xué)貴;王茺;魯植全;楊杰;李亮;楊宇;;離子束濺射自組裝Ge/Si量子點(diǎn)生長的演變[J];物理學(xué)報(bào);2011年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 于敬學(xué);硅和鍺基納米材料的合成及作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];浙江大學(xué);2014年

2 王科范;Si表面Ge量子點(diǎn)的MBE外延生長及其結(jié)構(gòu)表征[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

本文編號：2852649