【摘要】：伴隨著社會的快速進(jìn)步,硅半導(dǎo)體材料也隨之發(fā)展。當(dāng)下,傳統(tǒng)的煤、石油、天然氣等不可再生能源日漸減少,并伴隨環(huán)境污染,導(dǎo)致各國都開始大力發(fā)展綠色能源和可再生能源。另外,半導(dǎo)體硅材料在微電子及光電子技術(shù)等領(lǐng)域的地位也舉足輕重。因此對加大研究鋰離子電池和光電材料提出了更高的需求。目前,鋰離子電池負(fù)極商業(yè)石墨材料雖然性能穩(wěn)定,但是其較低的理論比容量(372mAh/g)已經(jīng)很難滿足社會的需求,所以擁有較高理論容量的硅材料(4200 mAh/g)得到了人們廣泛的關(guān)注。然而,硅材料在循環(huán)工作中伴隨巨大的體積膨脹效應(yīng),制約了其商業(yè)化應(yīng)用。另外,硅半導(dǎo)體材料屬于間接帶隙,自身發(fā)光效率極低,也很難直接應(yīng)用在光電領(lǐng)域。為了解決以上問題,本論文開展高頻熱等離子體制備的納米硅材料在光學(xué)性質(zhì)方面的探索以及鋰離子電池負(fù)極應(yīng)用的研究。其主要內(nèi)容如下:1、通過高頻熱等離子體的方法制備尺寸在40-100nm納米硅材料。通過降低材料自身維度,調(diào)整硅自身的間接能帶,以此分析反應(yīng)器、剛玉、布袋和缸底不同部位收集硅材料的光學(xué)性質(zhì)。擴(kuò)展硅的帶隙展寬到更寬的范圍,發(fā)現(xiàn)它們在紫外波段、可見光波段以及紅外波段都展現(xiàn)了不同性質(zhì)。另外,探索納米硅材料的光致發(fā)光效應(yīng)。2、通過高能球磨的方法制備了一種類似豆莢狀“包覆式”納米硅碳復(fù)合材料。其復(fù)合材料作為鋰離子電池的負(fù)極材料展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。其電極材料在0.1C電流密度下和在0.2C下的電流密度下分別呈現(xiàn)出的比容量為1162.2mAh/g和920.6mAh/g。特別地是,在0.1C的電流密度下循環(huán)超過200圈的條件下,其“包覆式”納米硅碳復(fù)合材料的充放電比容量仍然可以保持在743.4mAh/g。3、通過二次球磨的方式將商業(yè)石墨引入上述所得硅碳復(fù)合材料中進(jìn)行調(diào)控,制備了一種電化學(xué)性能更加卓越的碳包覆“流沙式”納米硅材料。其所得硅碳復(fù)合材料在0.1C電流密度下呈現(xiàn)出的比容量為806.9mAh/g,并且在循環(huán)超過150圈的條件下,其硅碳復(fù)合材料的充放電比容量仍然可以保持一個高度穩(wěn)定且呈微弱上升的趨勢,整個循環(huán)中庫倫效率始終在95%以上,從而呈現(xiàn)出更加優(yōu)異的穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.1;TQ127.2;TM912
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋Ｌｉｔｈｉｕｍ邋Ｉｏｎ邋Ｂａｔｔｅｒｙ逡逑子電池的負(fù)極材料逡逑池的負(fù)極材料作為電池儲鋰的主體，在充放電循環(huán)中。負(fù)極材料的研宄和選取對鋰離子表現(xiàn)出來的整個性的鋰金屬作為負(fù)極材料，隨著循環(huán)次數(shù)增加會有鋰枝極接觸就導(dǎo)致了短路，出現(xiàn)了極大的安全隱患。碳材屬作負(fù)極的安全問題。碳材料種類很多包括：石墨、碳類材料等等，石墨材料更是取得商業(yè)化的應(yīng)用。［１４〗逡逑材料的儲鋰機(jī)制，負(fù)極材料整體可分為三大類：插入式的負(fù)極材料主要代表就是Ｌｉ４Ｔｉ５０１２［１５］和石墨。以石正極脫出的鋰離子經(jīng)電解液到達(dá)負(fù)極插入到石墨層間，程都會引起離子和電子電導(dǎo)率的明顯變化，且石墨本化儲鋰機(jī)制的材料主要是硅和鍺一類的材料。以硅為

邐ｍｏｌｅｃｕｉｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑圖１．１鋰離子電池的工作原理［〗３】逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋Ｌｉｔｈｉｕｍ邋Ｉｏｎ邋Ｂａｔｔｅｒｙ逡逑１．３．３鋰離子電池的負(fù)極材料逡逑鋰離子電池的負(fù)極材料作為電池儲鋰的主體，在充放電循環(huán)中鋰離子發(fā)生嵌逡逑入和脫出行為。負(fù)極材料的研宄和選取對鋰離子表現(xiàn)出來的整個性能有決定性意逡逑義。如果單純的鋰金屬作為負(fù)極材料，隨著循環(huán)次數(shù)增加會有鋰枝晶的出現(xiàn)，當(dāng)逡逑刺穿隔膜與正極接觸就導(dǎo)致了短路，出現(xiàn)了極大的安全隱患。碳材料的出現(xiàn)成功逡逑的解決了鋰金屬作負(fù)極的安全問題。碳材料種類很多包括：石墨、中間相碳、軟逡逑碳類和一些硬碳類材料等等，石墨材料更是取得商業(yè)化的應(yīng)用。［１４〗逡逑根據(jù)負(fù)極材料的儲鋰機(jī)制，負(fù)極材料整體可分為三大類：插入式、合金化和逡逑轉(zhuǎn)換型。插入式的負(fù)極材料主要代表就是Ｌｉ４Ｔｉ５０１２［１５］和石墨。以石墨為例，在充逡逑放電過程中，正極脫出的鋰離子經(jīng)電解液到達(dá)負(fù)極插入到石墨層間，且鋰離子在逡逑脫出和嵌入過程都會引起離子和電子電導(dǎo)率的明顯變化

邐ｍｏｌｅｃｕｉｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ逡逑圖１．１鋰離子電池的工作原理［〗３】逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋Ｌｉｔｈｉｕｍ邋Ｉｏｎ邋Ｂａｔｔｅｒｙ逡逑１．３．３鋰離子電池的負(fù)極材料逡逑鋰離子電池的負(fù)極材料作為電池儲鋰的主體，在充放電循環(huán)中鋰離子發(fā)生嵌逡逑入和脫出行為。負(fù)極材料的研宄和選取對鋰離子表現(xiàn)出來的整個性能有決定性意逡逑義。如果單純的鋰金屬作為負(fù)極材料，隨著循環(huán)次數(shù)增加會有鋰枝晶的出現(xiàn)，當(dāng)逡逑刺穿隔膜與正極接觸就導(dǎo)致了短路，出現(xiàn)了極大的安全隱患。碳材料的出現(xiàn)成功逡逑的解決了鋰金屬作負(fù)極的安全問題。碳材料種類很多包括：石墨、中間相碳、軟逡逑碳類和一些硬碳類材料等等，石墨材料更是取得商業(yè)化的應(yīng)用。［１４〗逡逑根據(jù)負(fù)極材料的儲鋰機(jī)制，負(fù)極材料整體可分為三大類：插入式、合金化和逡逑轉(zhuǎn)換型。插入式的負(fù)極材料主要代表就是Ｌｉ４Ｔｉ５０１２［１５］和石墨。以石墨為例，在充逡逑放電過程中，正極脫出的鋰離子經(jīng)電解液到達(dá)負(fù)極插入到石墨層間，且鋰離子在逡逑脫出和嵌入過程都會引起離子和電子電導(dǎo)率的明顯變化

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本文編號：2775563