【摘要】：單質(zhì)硅具有4200 mA h g~(-1)的理論容量,儲量豐富,是最有希望代替石墨的鋰離子電池負(fù)極材料。然而,硅在和鋰發(fā)生合金化反應(yīng)的過程中會產(chǎn)生巨大的體積變化而且電子導(dǎo)電率較低,嚴(yán)重限制其實(shí)際應(yīng)用。為了解決上述問題,本論文嘗試合成了不同結(jié)構(gòu)的硅負(fù)極材料并表征了其電化學(xué)性能。使用商業(yè)SiO制備了多孔硅,該結(jié)構(gòu)在充放電過程中不發(fā)生粉化,而且能夠有效地維持電極的形貌,表現(xiàn)出優(yōu)秀的電化學(xué)性能。然后,合成了具有york-shell結(jié)構(gòu)的Si@TiN復(fù)合材料。這種結(jié)構(gòu)不僅為硅在合金化過程中的體積膨脹預(yù)留了空間,而且?guī)椭姌O形成了穩(wěn)定的SEI膜,使材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。為了發(fā)展硅基負(fù)極材料的低成本制備方法,我們探索使用生物質(zhì)廢棄物稻殼作為原料合成了SiO_x/C復(fù)合材料。該材料中的碳既能緩沖硅的體積膨脹,又能作為導(dǎo)電基質(zhì)傳輸電子,使材料獲得良好的循環(huán)性能。進(jìn)一步采用稻殼為原料,通過低溫鋁熱還原過程制備了納米硅材料。該制備方法不僅制備成本低,而且安全性高。制備出來的納米硅具有互聯(lián)多孔的結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。本論文工作為制備電化學(xué)性能優(yōu)良且成本低廉的硅基負(fù)極材料提供了理論基礎(chǔ)和可行的技術(shù)途徑。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912
【圖文】：

圖 1.1 中國動力電池發(fā)展路線圖[7]ure 1.1 The roadmap of lithium ion battery for electric vehicle in C子電池簡介離子電池的組成1 年 6 月，日本索尼公司推出了第一塊商品化的鋰離子電池，業(yè)的一個(gè)新階段[8]。鋰離子電池是指鋰離子嵌入和脫出正負(fù)極電池[9]，它具有工作電壓高、循環(huán)穩(wěn)定性好、自放電率低和環(huán)離子電池主要由正極、負(fù)極、電解液、隔膜和外殼五部分組，正負(fù)極是電池的核心部分，直接決定了電池的容量、能量性能。

則發(fā)生相反的過程。鋰離子從 LixC6中脫出，經(jīng)過電解液和oO2中，電子經(jīng)外電路進(jìn)入到 Li1-xCoO2中，從而實(shí)現(xiàn)了由化學(xué)發(fā)生的反應(yīng)如下：Li1-xCoO2+ xLi++ xe-→ LiCoO2………………LixC6→ 6C + xLi++ xe-……………………總反應(yīng)方程式是：6C + LiCoO2 LixC6+ Li1-xCoO2………

如圖 1.4 所示[35]，所以實(shí)際應(yīng)用比較困難。目前，用相關(guān)氧化物作為負(fù)極活性材料，是解決合金類材料循環(huán)性能以 Sn 基負(fù)極為例，常使用 SnO2作為負(fù)極材料[36-37]。SnO2在，首先會生成單質(zhì) Sn 和 Li2O，其中 Li2O 是非電化學(xué)活性的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)一步 Sn 能和 4.4 個(gè) Li 結(jié)合，生成 Li4.4Sn，產(chǎn)生容量。相對于單質(zhì) Sn，SnO2的循環(huán)穩(wěn)定性有所提高，但是依舊一些特殊結(jié)構(gòu)，例如納米空心球、納米線或者用導(dǎo)電物質(zhì)進(jìn)些方法都能進(jìn)一步提高 SnO2的電化學(xué)性能。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 林伯強(qiáng);李江龍;;環(huán)境治理約束下的中國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變——基于煤炭和二氧化碳峰值的分析[J];中國社會科學(xué);2015年09期

2 劉邦凡;張貝;連凱宇;;論我國清潔能源的發(fā)展及其對策分析[J];生態(tài)經(jīng)濟(jì);2015年08期

3 劉欣;趙海雷;解晶瑩;呂鵬鵬;王可;崔佳佳;;鋰離子電池SiO_x(0<x≤2)基負(fù)極材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2015年04期

本文編號：2764909