鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),因此在便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)工具等領(lǐng)域都有著極為廣泛的應(yīng)用。在所有新型負(fù)極材料中,硅由于其本身的超高理論比容量(4200 mAh·g~(-1))而被認(rèn)為是最具潛力的可以取代石墨的下一代商用負(fù)極材料。但是硅基材料在反復(fù)充放電過程中會(huì)發(fā)生極大的體積膨脹從而導(dǎo)致材料粉化失效。SiO是一種非晶物質(zhì),由類似于二氧化硅(SiO2)玻璃的三維SiO4四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和金屬硅簇組成,后者被均勻地分散在SiO4基質(zhì)中。SiO負(fù)極的首次充放電庫倫效率僅為50~53%,這是因?yàn)椴牧显诔醮畏烹姾笮纬闪薒i_2O和Li_4SiO_4。同時(shí),純SiO的電導(dǎo)率為1.78x10-14Ω·cm,這個(gè)值意味著SiO位于絕緣體的范圍。因此本課題主要研究?jī)?nèi)容為:微米級(jí)SiO與氧化石墨烯復(fù)合材料的制備,通過高能球磨得到合適粒徑的m-SiO,不同比例的球磨一氧化硅/還原氧化石墨烯復(fù)合物中選擇性能最佳的比例進(jìn)行鎳、硼、鋰的摻雜等。本課題首先研究了原材料微米級(jí)SiO的形貌、成分及電化學(xué)性能。原材料SiO原始粒徑20μm,首次放電容量為1591 mAh·g~(-1),充電容量為798 mAh·g~(-1),效率低達(dá)50.1%,50次充放電循環(huán)后鋰電池容量維持在190 mAh·g~(-1)。故考慮將原材料一氧化硅和氧化石墨烯復(fù)合達(dá)到改善性能的目的,結(jié)果發(fā)現(xiàn)原材料和復(fù)合物在充放電過程中都出現(xiàn)了分層嵌鋰-嵌鋰層脫落失效現(xiàn)象,說明這兩種材料都無法作為負(fù)極材料直接應(yīng)用在鋰離子電池中。所以,本課題采用高能球磨的方法先將微米級(jí)SiO的粒徑降至5~300 nm,從根本上解決了分層嵌鋰-嵌鋰層脫落失效的問題。本課題在降低粒徑后重點(diǎn)研究通過水熱法將球磨一氧化硅與化學(xué)法制備的氧化石墨烯進(jìn)行復(fù)合。在不同比例的球磨一氧化硅/還原氧化石墨烯復(fù)合物里,比例為6的球磨一氧化硅/還原氧化石墨烯初次放電容量為1853 mAh·g~(-1),充電容量為1077 mAh·g~(-1),首圈庫倫效率是58.1%,經(jīng)歷100圈循環(huán)后放電容量保持在743 mAh·g~(-1),容量保持率為68.9%,綜合性能表現(xiàn)最佳。為了提高比例為6的球磨一氧化硅/還原氧化石墨烯復(fù)合物的首圈庫倫效率,考慮通過水浴沉淀蒸干和管式爐熱解的方法在復(fù)合物鋰摻雜鎳、硼和鋰元素。各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)表明:比例為6的球磨一氧化硅/還原氧化石墨烯在管式爐500°C條件下進(jìn)行摻鎳合成的最終產(chǎn)物初次放電容量為1636 mAh·g~(-1),充電容量為1021 mAh·g~(-1),首圈庫倫效率是62.4%,經(jīng)歷100圈循環(huán)后放電容量保持在720 mAh·g~(-1),容量保持率為71.5%。綜合性能最佳,相比微米級(jí)一氧化硅、SiO/rGO、m SiO/rGO復(fù)合物各方面性能均有了很大的提高。6m-SiO/rGO在管式爐中以500°C條件進(jìn)行摻雜形成的6m-SiO/Ni/B/rGO-Li復(fù)合物手圈庫倫效率高達(dá)99.9%,容量保持率83%,但是首次充放電容量和循環(huán)倍率性能都不好,首次放電容量只有509 mAh·g~(-1),可對(duì)其進(jìn)行下一步改善進(jìn)而作為負(fù)極材料用于鋰離子電池中。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TM912;TQ127.11
【部分圖文】：

圖 1-1 日本索尼公司的圓柱形鋰離子電池結(jié)構(gòu)圖[3]鋰離子電池是指負(fù)極和正極作為鋰離子宿主的極移動(dòng)到負(fù)極，并且插嵌入負(fù)極材料中（插嵌成空穴），此時(shí)電流則從負(fù)極流向正極。充電電過程中的運(yùn)動(dòng)方向相反，如圖 1-2 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文聚合物膜，內(nèi)部存在能讓鋰離子通過而電子卻不。一般為鋰鹽的有機(jī)溶液，常用鋰鹽有 LiPF6、Li劑有：碳酸乙烯酯、二甲基碳酸酯、碳酸甲乙酯二乙基碳酸酯等其中一種或幾種的混合物。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文Li-Ni-O）正極材料相比時(shí)，鋰錳尖晶石材料，鋰離子在鋰錳尖晶石（Li-Mn-O s-1[27]，并且其不同的結(jié)構(gòu)形式使其成3 所示。鋰錳尖晶石（Li-Mn-O）作為熱閾值、良好的大倍率性能、環(huán)境友好繁的循環(huán)充放電過程中會(huì)出現(xiàn)顯著的環(huán)境下電化學(xué)活性非常不穩(wěn)定性。所用的金屬原子（Al，Co，Cr，F(xiàn)e，Mg層來獲得不同的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

【參考文獻(xiàn)】

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