硅具有比容量高、充放電平臺低、資源豐富、安全性好等優(yōu)點,成為最有潛力的鋰離子電池負(fù)極材料之一。但硅本身存在體積膨脹問題和導(dǎo)電性差的問題決定了其使用壽命短、循環(huán)性能差的特點。目前常用制備硅基負(fù)極材料的方法主要有三類,一是將硅的尺寸納米化,制備納米顆粒,納米線和納米管等,減小絕對體積變化;二是將硅與碳、金屬、非金屬等緩沖基質(zhì)復(fù)合,制備復(fù)合材料,增強導(dǎo)電性,抑制SEI膜形成;三是通過構(gòu)筑多層次結(jié)構(gòu),緩解體積膨脹,改善硅材料壽命。其中陶瓷基質(zhì)經(jīng)常被應(yīng)用于吸收硅體積膨脹產(chǎn)生應(yīng)力,但是目前技術(shù)所采用的陶瓷往往不具備儲鋰電活性,從而犧牲負(fù)極材料容量。而且與碳基質(zhì)之間往往存在相分離、結(jié)合性差等弱點,不能有效地起到共同吸收應(yīng)力,穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)。為了解決上述問題,本論文首先探討了鋰離子電極材料中黏結(jié)劑種類的選擇和含量優(yōu)化等問題。其次運用高溫裂解法,以不飽和聚酯熱固性樹脂作為碳源和反應(yīng)介質(zhì),以硅烷偶聯(lián)劑作為陶瓷前驅(qū)體,成功制備了不同比例的硅/碳復(fù)合材料和硅/硅氧碳/碳復(fù)合材料,研究了所得材料的物相組分以及電化學(xué)相關(guān)性能。硅/硅氧碳/碳復(fù)合材料可以有效緩解硅在脫嵌鋰過程中帶來的體積效應(yīng),從而提高硅基負(fù)極材料的電... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池發(fā)展
        1.2.1 鋰電池發(fā)展過程及我國鋰電池發(fā)展簡史
        1.2.2 鋰離子電池結(jié)構(gòu)
        1.2.3 鋰離子電池的原理、發(fā)展及其特點
        1.2.4 我國發(fā)展鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的必要性和前景
    1.3 鋰離子電池負(fù)極材料研究現(xiàn)狀
        1.3.1 碳基負(fù)極材料
        1.3.2 氮化物
        1.3.3 錫基氧化物和錫化物
        1.3.4 新型合金
    1.4 鋰離子電池硅基負(fù)極材料儲鋰機理和研究現(xiàn)狀
        1.4.1 硅基材料納米化
        1.4.2 硅基材料復(fù)合化
        1.4.3 硅基材料多層次空間化
    1.5 選題背景及研究內(nèi)容
        1.5.1 研究目的及選題意義
        1.5.2 研究內(nèi)容及創(chuàng)新點
2 實驗方法
    2.1 實驗藥品及儀器
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 負(fù)極材料制備
        2.2.1 電極的制備
        2.2.2 電池裝配
    2.3 負(fù)極材料形貌表征
        2.3.1 X射線衍射分析（X-ray diffraction, XRD）
        2.3.2 拉曼光譜分析（Raman spectroscopy, RAMAN）
        2.3.3 熱重分析（Thermogravimetric analyzer, TG）
        2.3.4 掃描電子顯微鏡分析（Scanning electron microscope, SEM）
        2.3.5 透射電子顯微鏡分析（Transmission electron microscope, TEM）
    2.4 負(fù)極材料電化學(xué)性能表征
        2.4.1 恒電流充放電法
        2.4.2 循環(huán)伏安法
        2.4.3 交流阻抗測試
3 黏結(jié)劑對硅負(fù)極電化學(xué)性能的影響
    3.1 不同黏結(jié)劑含量對電極的電化學(xué)性能分析
    3.2 不同黏結(jié)劑電極的電化學(xué)性能分析
    3.3 不同粘度的黏結(jié)劑電極的電化學(xué)性能分析
    3.4 不同黏結(jié)劑電極的SEM分析
    3.5 本章小結(jié)
4 硅/碳復(fù)合負(fù)極材料的制備及鋰電性能研究
    4.1 硅/碳復(fù)合負(fù)極材料的制備
    4.2 形貌特征及表征
    4.3 電化學(xué)測試及性能分析
        4.3.1 硅/碳復(fù)合材料充放電特征曲線
        4.3.2 硅/碳復(fù)合材料循環(huán)性能曲線
        4.3.3 硅/碳復(fù)合材料倍率性能曲線
    4.4 本章小結(jié)
5 硅/硅氧碳/碳復(fù)合負(fù)極材料的制備及性能研究
    5.1 硅/硅氧碳/碳復(fù)合負(fù)極材料的制備
    5.2 形貌特征及表征
    5.3 電化學(xué)測試及性能分析
        5.3.1 硅/硅氧碳/碳復(fù)合材料循環(huán)伏安特性曲線
        5.3.2 硅/硅氧碳/碳復(fù)合材料交流阻抗分析
        5.3.3 硅/硅氧碳/碳復(fù)合材料充放電特征曲線
        5.3.4 硅/硅氧碳/碳復(fù)合材料循環(huán)性能曲線
        5.3.5 硅/硅氧碳/碳復(fù)合材料倍率性能曲線
    5.4 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
在校期間研究成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Si-Based Anode Materials for Li-Ion Batteries:A Mini Review[J]. Delong Ma,Zhanyi Cao,Anming Hu.  Nano-Micro Letters. 2014(04)
[2]鋰離子電池硅復(fù)合負(fù)極材料研究進展[J]. 高鵬飛,楊軍.  化學(xué)進展. 2011(Z1)
[3]我國廢舊電池回收利用中存在的問題與對策[J]. 程曉玲.  廈門廣播電視大學(xué)學(xué)報. 2010(04)
[4]鋰離子電池硅基復(fù)合物負(fù)極材料[J]. 陳敬波,趙海雷,何見超,王夢微.  化學(xué)進展. 2009(10)
[5]鋰離子蓄電池負(fù)極材料Li4Ti5O12的研究進展[J]. 彭久云,曾照強,苗赫濯.  電源技術(shù). 2002(06)



本文編號：3519412