近年來,Si基負(fù)極材料因其較高的理論比容量、較低的嵌脫鋰電位、豐富的原料來源以及環(huán)境友好等特點(diǎn)而受到科研人員的廣泛關(guān)注,被認(rèn)為是最有潛力的下一代高能量密度儲(chǔ)能電池用負(fù)極材料。然而,其嵌脫鋰過程中較大的體積變化,以及自身較低的本征電子/離子電導(dǎo)率,使其循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率特性較差,限制了其實(shí)際有效應(yīng)用。本課題以單質(zhì)Si和5iOx負(fù)極材料為研究對(duì)象,通過材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（有序介孔結(jié)構(gòu)、3D分級(jí)結(jié)構(gòu)、中空異質(zhì)結(jié)構(gòu)）以及電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（三明治結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）提高Si基負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,并縮短鋰離子在電極材料中的遷移路徑,促進(jìn)電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程;通過材料組分設(shè)計(jì)（高導(dǎo)電相引入:無定形碳、氮摻雜碳、石墨）構(gòu)建電極中高速電子傳輸網(wǎng)絡(luò),進(jìn)一步改善材料的倍率性能。系統(tǒng)研究納米化結(jié)構(gòu)材料制備機(jī)理,深入研究材料物相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及顆粒形貌對(duì)電化學(xué)性能的影響,解析材料電化學(xué)性能改善的深層次原因。具體研究內(nèi)容如下:采用自組裝結(jié)合水熱法,并通過后續(xù)碳包覆工藝制備出具有有序介孔結(jié)構(gòu)的氧化亞硅/碳（SiOx/C）復(fù)合材料,SiOx/C復(fù)合材料活性顆粒的有序介孔結(jié)構(gòu)能有效緩沖SiOx顆粒在嵌脫鋰過程中的體積變化,增加電極材料與電解... 

【文章來源】：北京科技大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：120 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１鋰離子電池工作示意圖??－４－??

目前研究的新型負(fù)極材料主要包括：鈦酸鋰、過渡金屬氧化物、過渡金??屬硫化物、錫／桂合金類負(fù)極材料。不同新型負(fù)極材料的嵌脫鋰電位與容量之??間的關(guān)系如圖２－２所示［４４］，從圖中可以看出，除傳統(tǒng)石墨和和硬碳類負(fù)極材??料外，合金類負(fù)極材料（如硅負(fù)極材料）具有嵌鋰電位低、比容量高的特點(diǎn)。??２．０１￣￣：＾［―—?????］??ｉ?ＩＩ；！??ＴＨａｎｉｕｍ?ｏｘｉｄ?ｓ??＞１０??＾???１——??５?．?Ｃ．，嘯？）??ｉ〇，?丨，??〇?Ｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｗｓ＿?；ｉｎｏｖ，?ＡＬ?Ｓａ，?Ｓｈ??〇丨?ＩＩ?］?＾??２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?２０００?３０００?４０００?５０００??Ｃａｐａｃｉｔｙ?（Ａｈ／Ｋｇ）??圖２－２鋰離子電池負(fù)極材料的電勢和容量之間關(guān)系圖＾??２．２．１鈦酸鋰負(fù)極材料??在過去幾年中科研人員己經(jīng)成功將尖晶石結(jié)構(gòu)的Ｌｉ４Ｔｉ５０１２?（ＬＴＯ）應(yīng)用??于鋰離子電池負(fù)極材料中，用來部分取代被廣泛使用的石墨類碳基負(fù)極材料。??ＬＴＯ的理論比容量為ｎＳｍＡｈｇ－１

成溫度降低了?１００°Ｃ以上。在合成具備納米特殊形貌方面，Ｌｉ等人利用納??米金顆粒與ＬＴ？復(fù)合制備出了介孔ＬＴＯ／Ａｕ復(fù)合材料，制備出的ＬＴＯ／Ａｕ復(fù)??合材料形貌和電化學(xué)性能如圖２－３所示。??幽調(diào)釋??３〇〇＜???鐵＿ｓ??圖２－３介孔ＬＴＯ／Ａｕ復(fù)合材料的形貌和電化學(xué)性能Ｍｌ??２．２．２過渡金屬氧化物負(fù)極材料??Ｐｏｉｚｏｔ等［６１］報(bào)導(dǎo)了一系列過渡金屬氧化物負(fù)極材料（Ｍｘ０ｙ，Ｍ＝Ｃｏ、Ｆｅ、??Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ等），這類過渡金屬氧化物的理論比容量都比較高，一般都在７００??ｍＡｈｇ－１以上，它們?cè)诘膬?chǔ)鋰機(jī)理不同于石墨類負(fù)極材料的插層機(jī)理和合金??類負(fù)極材料的合金機(jī)理，而是被稱為轉(zhuǎn)換反應(yīng)機(jī)理，其反應(yīng)機(jī)理如（２－５）所??示：??Ｍｘ０ｙ＋２ｙＬｉ＋＋２ｅ＾＞ｘＭ＋ｙＬｉ２０?（２－５）??過渡金屬氧化物在嵌脫鋰過程中也存在較大的體積膨脹問題；此外，低??電導(dǎo)率也是降低其大電流充放電過程中可逆比容量的一個(gè)主要因素。因此，??如何緩解過渡金屬氧化物負(fù)極材料在充放電過程中的體積膨脹問題；如何提??－７－??


本文編號(hào)：2978747