為了應(yīng)對新型電子器件及電動(dòng)汽車的發(fā)展需求,開發(fā)高性能的鋰離子電池尤為重要。因此包括硫和氧等正極,硅,錫和鋰負(fù)極這些新型正負(fù)極材料吸引了眾多研究者的目光。硅因?yàn)槠渚薮蟮膬α?環(huán)境友好,低工作電位和極高的理論比容量（相當(dāng)于現(xiàn)在使用的商業(yè)石墨負(fù)極的十倍）等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是非常有前景的電極材料。然而相對于這些顯著的優(yōu)點(diǎn),硅作為負(fù)極缺點(diǎn)也很明顯,其中最主要的問題是硅負(fù)極在電池循環(huán)中巨大的體積膨脹（接近4倍）會導(dǎo)致電極的粉碎和不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面,從而嚴(yán)重影響其循環(huán)穩(wěn)定性和壽命。在最近十年,研究者著眼于各種不同的納米硅結(jié)構(gòu)比如納米顆粒,納米線,納米管和納米多孔結(jié)構(gòu)等,這些都表現(xiàn)出了不錯(cuò)的機(jī)械性能緩解了循環(huán)中巨大的體積膨脹從而提高了循環(huán)壽命。金屬鋰擁有相當(dāng)高的理論容量（3860mAh/g）,很低的密度和最低的電化學(xué)反應(yīng)電位,這些良好的特性使得金屬鋰電池體系一直是研究的熱點(diǎn)。然而金屬鋰電池體系也存在一系列問題,比如,由于金屬鋰負(fù)極在電池循環(huán)過程中會產(chǎn)生鋰枝晶,從而容易引發(fā)短路進(jìn)而導(dǎo)致起火等安全隱患。最近的一些研究發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化電解質(zhì)的成分可以限制鋰枝晶的生長,另外一種思路是通過在鋰負(fù)極上設(shè)計(jì)納米尺度保護(hù)層... 

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池概述
        1.2.1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作原理
        1.2.2 鋰離子電池的正極材料
        1.2.3 鋰離子電池的負(fù)極材料
        1.2.4 鋰離子電池的電解質(zhì)
        1.2.5 鋰離子電池的隔膜
    1.3 鋰離子電池硅基負(fù)極的問題及進(jìn)展
        1.3.1 硅負(fù)極的基本挑戰(zhàn)和解決方案
        1.3.2 首圈庫倫效率問題
            1.3.2.1 二級結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
            1.3.2.2 預(yù)鋰化
            1.3.2.3 電解液添加劑
        1.3.3 面積比容量問題
            1.3.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
            1.3.3.2 導(dǎo)電粘結(jié)劑
    1.4 本論文的研究思路及主要內(nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第二章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與材料
    2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.3 材料表征
        2.3.1 X射線的衍射分析(XRD)
        2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.4 熱重分析(TGA)
        2.3.5 比表面積和孔徑分布
        2.3.6 X射線光電子能譜分析(XPS)
        2.3.7 循環(huán)伏安測試(CV)
        2.3.8 交流阻抗測試(EIS)
    2.4 電池組裝
    2.5 電化學(xué)性能測試
第三章 原子層沉積氧化鋅薄膜作為高效穩(wěn)定的硅負(fù)極保護(hù)層的研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 硅納米顆粒及氧化鋅薄膜的形貌結(jié)構(gòu)表征
        3.3.2 氧化鋅包覆硅負(fù)極的反應(yīng)機(jī)理
        3.3.3 氧鋅包覆硅負(fù)極的電化學(xué)性能
        3.3.4 循環(huán)后的電極形貌
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 從工業(yè)硅出發(fā),低成本制備硅負(fù)極的研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 得到的顆粒形貌與晶相表征
        4.3.2 納米顆粒的TEM表征
        4.3.3 兩種硅源顆粒電極的電化學(xué)性能
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 同步制備摻雜多孔的硅納米顆粒及其在鋰離子電池方面的應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 多孔硅顆粒及摻雜后的孔隙率導(dǎo)電率對比
        5.3.2 多孔硅顆粒及摻雜后的形貌和結(jié)構(gòu)表征
        5.3.3 摻雜多孔納米硅顆粒的晶體結(jié)構(gòu)及孔隙率等表征測試
        5.3.4 P摻雜的多孔納米硅顆粒的電化學(xué)性能
    5.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第六章 基于PDMS的高效穩(wěn)定的金屬鋰負(fù)極保護(hù)層
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 沉積鋰的形貌表征
        6.3.2 PDMS薄膜的XPS表征
        6.3.3 PDMS修飾后的沉脫Li的電化學(xué)性能
        6.3.4 PDMS薄膜保護(hù)后的電極用于全電池測試的性能
    6.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本論文主要工作總結(jié)
    7.2 末來工作的展望
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝



本文編號：3659770