由于儲(chǔ)量豐富、理論比容量高和安全性好等優(yōu)點(diǎn),鋰離子電池Si負(fù)極材料成為研究熱點(diǎn)。但Si負(fù)極材料存在本征電導(dǎo)率低,脫/嵌鋰過程中體積變化大,電極循環(huán)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)性能差等問題,難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。針對(duì)以上問題,本文設(shè)計(jì)并制備了兩種硅/碳復(fù)合負(fù)極材料,并重點(diǎn)研究了其儲(chǔ)鋰性能,主要研究內(nèi)容如下所示:（1）以正硅酸乙酯（TEOS）為硅源,采用溶膠凝膠法在功能化碳納米管（CNTs）表面包覆SiO2,再通過鎂熱還原法可得到CNTs/Si復(fù)合材料,最后以間苯二酚為碳源在CNTs/Si復(fù)合材料表面包覆獲得CNTs/Si/C復(fù)合負(fù)極材料。機(jī)械性能較好的CNTs可作為導(dǎo)電支撐網(wǎng)絡(luò),提高電子電導(dǎo)率,包覆的碳層可緩解Si負(fù)極材料的體積變化率,保持電極材料的完整性,從而改善Si負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。重點(diǎn)探究了不同含量的碳包覆層對(duì)復(fù)合負(fù)極材料儲(chǔ)鋰性能的影響,研究表明CNTs/Si/C-7.5樣品綜合性能最好,在100 mA g-1電流密度下的最高可逆比容量為967 mAhg-1,200圈循環(huán)后的放電比容量仍有710 mAh g-1,在500 mAg-1下循環(huán)800圈后的容量保持率為74.7%。（2）在合成Z... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

LiCoO2/C鋰離子電池工作原理[15]

積法；以及在超高真空的高溫條件下，使碳化硅中硅原子升華，剩下的碳原子通過自組裝重構(gòu)生長石墨烯的且對(duì)設(shè)備要求高的外延生長法等。碳納米管最早是由日本科學(xué)家S.lijima在1991年首次通過電弧放電的方法制備出來的，其結(jié)構(gòu)是碳原子通過σ鍵結(jié)合形成的正六邊形通過排列組合形成單層或者多層的具有同一個(gè)軸的空心碳管。從結(jié)構(gòu)上來說，碳納米管也可以被認(rèn)為是將片層結(jié)構(gòu)的石墨烯朝一個(gè)方向卷曲而得到的材料，根據(jù)卷曲成碳納米管所需不同片層數(shù)的石墨烯而言，可以將碳納米管材料分為單壁（一層）碳納米管和多壁碳納米管兩大類，如圖1-2(c)所示是單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖。同時(shí)碳納米管的儲(chǔ)鋰性能也會(huì)因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)層數(shù)的不同而發(fā)生變化。圖1-2(a)石墨，(b)石墨烯，(c)碳納米管三種材料的結(jié)構(gòu)示意圖[21]Fig.1-2Schematicdiagramsofthreematerials:(a)graphite,(b)graphene,(c)carbonnanotubes[21]無定形碳材料是除了石墨化碳材料外的另一大類碳材料。無定形碳材料由微晶無序排列組成，其晶面間距較大，按可以發(fā)生石墨化的難易程度可以分為軟碳與硬碳兩大類。其中軟碳是指溫度在2500℃以上時(shí)易發(fā)生石墨化的無定形碳材料，主要有焦炭類（石油焦、針狀焦）、碳纖維、非石墨化中間相碳微球等；硬碳是指溫度在2500℃以上時(shí)難以發(fā)生石墨化的無定形碳材料，主要有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、蜜胺樹脂、聚糖醇（PFA）和炭黑等。無定形碳的嵌鋰量一般高于石墨化碳材料，放電平臺(tái)也高于石墨，倍率性能較好。但是無定形碳材料的不可逆容量較大，循環(huán)性能較差，而且存在明顯的電壓滯后現(xiàn)象。鈦酸鋰類材料（Li4Ti5O12）是另一類嵌入式負(fù)極材料，它屬于尖晶石結(jié)構(gòu)，F(xiàn)d3m空間群，電壓平臺(tái)稍高于比石墨材料，有更優(yōu)異的安全性能，并且材料成本低，毒性弱，在脫嵌鋰過程中結(jié)構(gòu)?

能穩(wěn)定，還可以使整個(gè)電池體系的輸出電壓維持在一個(gè)較高標(biāo)準(zhǔn)。但是合金化材料在嵌脫鋰過程中晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生較大的體積膨脹或收縮，反復(fù)的充放電過程會(huì)導(dǎo)致合金化負(fù)極材料結(jié)構(gòu)坍塌和顆粒粉化，使電極材料與集流體分離，在電化學(xué)反應(yīng)中無法發(fā)揮自身價(jià)值，最終導(dǎo)致電池容量迅速衰減[24]。另外，由于體積效應(yīng)而引起循環(huán)過程中活性材料的不斷破碎與粉化，使合金材料表面的原始SEI膜破裂，將原本被包裹的電極表面裸露出來，使其新表面上重新合成SEI膜并持續(xù)再生長，此過程是材料的庫倫效率降低且電子的傳輸速率緩慢的重要原因，如圖1-3所示。圖1-3鋰離子電池合金化型負(fù)極材料(Si、Ge、和Sn)的儲(chǔ)鋰機(jī)制[25]Fig.1-3Lithiumstoragemechanismoflithiumionbatteryalloyedanodematerials(Si,Ge,andSn)[25]在眾多高容量的鋰離子電池負(fù)極材料中，合金化型負(fù)極材料因體積膨脹而產(chǎn)生的以上兩方面的問題無法使電池滿足生產(chǎn)要求，應(yīng)用于實(shí)際生活中。所以科學(xué)家們以合金化型負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和組成作為切入點(diǎn)，針對(duì)性的設(shè)計(jì)了以下有效的方案以期改善負(fù)極材料的不足：（1）根據(jù)納米尺寸效應(yīng)可以有效改善此類材料在循環(huán)過程中因體積膨脹引起的應(yīng)力從而造成其結(jié)構(gòu)破壞的思路，對(duì)該材料采用納米化合成方式獲得不同形貌尺寸的負(fù)極材料，達(dá)到減輕電極材料的粉化以及減少材料結(jié)構(gòu)坍塌的效果，改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性能；（2）依賴多孔結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)性的在合金化型負(fù)極材料制備過程中進(jìn)行造孔處理，達(dá)到增加活性材料比表面積、緩解電極材料由于鋰離子脫嵌而產(chǎn)生體積膨脹效應(yīng)的目的；（3）將合金化型負(fù)極材料與其他導(dǎo)電基體進(jìn)行復(fù)合，在提高電子傳輸速率的同時(shí)可以緩解由體積膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力。1.3.3結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換型負(fù)極材料

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3135063