隨著電動(dòng)汽車（EV）和智能電網(wǎng)的快速發(fā)展,人們對(duì)具有高能量/功率密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和低制造成本的下一代鋰離子電池提出了更高的要求。硅基負(fù)極材料長(zhǎng)期以來一直被認(rèn)為是商用石墨陽(yáng)極的最有希望的替代品之一,其具有超高的理論比容量和較低的工作電位。然而硅基負(fù)極材料固有的導(dǎo)電性差、不穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)膜及高達(dá)300%的體積膨脹問題制約了硅基負(fù)極電池的廣泛應(yīng)用。本論文通過硅碳負(fù)極電極片表面修飾層的構(gòu)建,緩解硅基電池體積膨脹所帶來的問題。研究了兩種不同修飾膜對(duì)硅基電池的作用,通過電化學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能表征,結(jié)果顯示,修飾界面膜的開發(fā)能在一定程度上改善硅基電池的穩(wěn)定性。通過簡(jiǎn)單的浸潤(rùn)工藝在硅碳負(fù)極電極片上獲得了修飾層聚多巴胺,通過控制自聚合的反應(yīng)時(shí)間制備出不同的修飾電極片。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示當(dāng)自聚合反應(yīng)時(shí)間為40分鐘時(shí),其長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能和阻抗性能最優(yōu)。X射線光電子能譜,透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡表征也證明,聚多巴胺修飾層促進(jìn)了均勻致密SEI膜的形成,并減少了電極表面的裂紋,從而減輕了電極的粉碎。通過將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PEO和LiTFSI混合溶液旋涂在硅碳負(fù)極電極片表面,得到不同的修飾電極。將空白極片... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：69 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰電池發(fā)展示意圖

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-材料，材料的結(jié)構(gòu)便會(huì)失衡變得不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)使材料結(jié)構(gòu)坍塌[14]。在此基礎(chǔ)上Goodenough綜合考慮各方面優(yōu)劣勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)超過半數(shù)的鋰離子可逆的脫出LiCoO2，使其可逆容量達(dá)到140mAhg-1以上，這一成果最終催生了鋰離子電池的誕生。同期，正在旭化成工作的AkiraYoshino對(duì)鋰電池電極組合進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，他沒有使用活性鋰金屬作為陽(yáng)極，而是嘗試使用一種碳質(zhì)材料——石油焦，并采用LiCoO2作為正極，開發(fā)了最早的鋰離子電池模型[15]。這一技術(shù)最終被索尼公司采用，在1991年推出了全球首款商用鋰離子電池。自此，憑借著高能量密度、高安全性的優(yōu)勢(shì)，鋰離子電池開始一路狂奔，迅速將其他二次電池甩在身后，在短短的十幾年的時(shí)間里鋰離子電池已經(jīng)徹底占領(lǐng)了消費(fèi)電子市場(chǎng)，并擴(kuò)展到了電動(dòng)汽車領(lǐng)域，取得了輝煌的成就。1.2.2鋰離子電池工作原理圖1-2鋰離子電池工作原理示意圖鋰離子電池一般有正極、負(fù)極和電解質(zhì)組成，正極大都采用的是過渡金屬氧化物和鋰的化合物，它們均具有層狀結(jié)構(gòu)以容納鋰離子，并且插入電位高。最常見的如LixCoO2，LixNiO2以及尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4等，它們的插鋰電位都可以達(dá)到4V以上且均具有接納鋰離子的位置和擴(kuò)散路徑。鋰離子電池的負(fù)極材料常用石墨材料，電解質(zhì)一般采用溶解有鋰鹽LiPF6、LiAsF6的有機(jī)溶液。鋰離子電池的工作原理如圖1-2所示，其本質(zhì)是利用鋰離子的濃度差。正負(fù)電極

第1章緒論-9-作者將其歸因于熱解過程中氟對(duì)硅的強(qiáng)腐蝕，通過強(qiáng)腐蝕將一部分氟插入到Si-Si鍵中，從而增強(qiáng)了碳?xì)づc硅核之間的界面相容性[38]。圖1-4雙層核殼結(jié)構(gòu)Si@SiO2@C納米復(fù)合材料的制備示意圖（a）；Si@SiO2@C納米復(fù)合材料的TEM（b）；和HR-TEM圖像（c）Tao等人設(shè)計(jì)并制造了一種雙壁核殼結(jié)構(gòu)（圖1-4）。SiNPs涂有雙殼，二氧化硅（SiO2）層和熱解碳層，所得材料稱為Si@SiO2@C。與單核-殼結(jié)構(gòu)（Si@C）相比，Si@SiO2@C復(fù)合材料在0.01V至5.0V之間顯示出更穩(wěn)定的循環(huán)性能。薄的SiO2中間層可增強(qiáng)碳?xì)?duì)Si核的粘附并減輕了循環(huán)過程中Si的應(yīng)力。另外，SiO2殼可以與Li+不可逆地反應(yīng)，形成Li4SiO4合金和Si。生成的Si有利于復(fù)合材料的可逆容量，而Li4SiO4合金可進(jìn)一步提供機(jī)械支撐以抑制Si核的體積膨脹[39]。2、蛋黃殼結(jié)構(gòu)研究人員在Si@C核殼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮硅殼表面覆蓋的碳層只能提供一定程度上的緩沖空間，提出了一種新型的蛋黃殼硅碳結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)同核殼結(jié)構(gòu)一樣由碳?xì)ず凸韬藰?gòu)成，不同的是碳?xì)ず凸韬酥傲粲蓄~外的內(nèi)部空隙。薄的碳層有助于鋰離子和電子的轉(zhuǎn)移，并提供了穩(wěn)定的界面以實(shí)現(xiàn)顆粒之間的良好接觸。蛋黃殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空隙提供了一種有效的方法來緩沖體積膨脹，并使Si核可自由地膨脹和收縮而不會(huì)粉碎。Zhouetal通過四乙氧基硅烷（TEOS）的水解，通過在SiO2犧牲層上涂覆SiNP，然后沉積熱解碳，從而合成了Si@void@C蛋黃殼結(jié)構(gòu)（圖1-5）。氫氟酸（HF）用來浸出SiO2成分，從而形成Si@void@C卵黃殼結(jié)構(gòu)。蛋黃殼電極具有比SiNP和


本文編號(hào)：3245612