鋰離子電池是一種廣泛應(yīng)用的二次電池。近年,電子消費(fèi)產(chǎn)品和電動汽車的快速發(fā)展對其電池的能量密度和功率密度提出了越來越高的要求。提高能量密度的關(guān)鍵是研發(fā)更高容量的電極材料。硅由于其超高的理論比容量,成為最有潛力的下一代高容量負(fù)極材料之一。但由于硅在脫嵌鋰過程中產(chǎn)生巨大的體積變化,導(dǎo)致其出現(xiàn)容量快速衰減等問題,因此硅負(fù)極的大規(guī)模實際應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。多孔硅是具有獨(dú)特網(wǎng)絡(luò)狀多孔性的硅材料,其結(jié)構(gòu)內(nèi)的孔隙為硅提供了向內(nèi)膨脹的空間,緩沖了體積膨脹效應(yīng),其較大的比表面積可以增加與電解液的接觸,網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)也為鋰離子和電荷的傳輸提供了多條通道,是研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)之一。本文主要以Mg2Si熱氧化制備多孔硅的方法為基礎(chǔ),圍繞多孔硅/碳結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、碳源的選擇、制備方法的改進(jìn)、以及多孔硅和金屬的復(fù)合等課題展開研究,取得的創(chuàng)新性結(jié)果如下:（1）對傳統(tǒng)的多孔硅/碳制備工藝進(jìn)行改進(jìn),采用了對Mg2Si熱氧化產(chǎn)物先包碳再酸洗的辦法,得到了碳籠包覆多孔硅的結(jié)構(gòu)。碳籠與硅之間以及多孔硅內(nèi)部的孔隙為硅的體積膨脹提供了空間,減小了硅向外膨脹時對碳層造成的壓力,得到了一個相對較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),增強(qiáng)碳籠穩(wěn)定性的同時也穩(wěn)定了外層的SEI... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．６嵌鋰／脫鋰循環(huán)過程中高容量活性物質(zhì)（ａ）和電極（ｂ）的開裂；（ｃ）硅表面ＳＥＩ膜??的生成和變厚［Ｍ］??

ＳＥ１膜仍然存在不斷破裂和再生的可能性，這一問題將消耗有限的鋰源，降低庫??倫效率，并影響循環(huán)和倍率性能［９３］。為此，崔屹課題組？在納米管表面引入氧化??層，得到雙壁硅納米管負(fù)極。如圖１．９所示，硅外壁包覆堅硬的氧化硅層，允許??鋰離子通過的同時可以限制硅向外的膨脹，使得硅主要向內(nèi)膨脹從而大大減輕對??外層ＳＥＩ膜的壓應(yīng)力，使得ＳＥＩ膜更加穩(wěn)定。將得到的雙壁硅納米管進(jìn)行鋰電池??性能測試，得到了令人驚訝的循環(huán)和倍率性能：６０００個循環(huán)保持８５％的容量回??復(fù)

ｏ?２?４?６?８?１０??Ｃｙｃｌｅ?ｎｕｍｂｅｒ??圖１．８?Ｃａ）硅薄膜、納米顆粒和納米線的循環(huán)前后示意圖；（ｂ）硅納米線前２０個循環(huán)的??充放電曲線；（ｃ）?Ｃ／２０的充放倍率下硅納米線的循環(huán)曲線％」??Ｆｉｇ．?１．８?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ?ｃｈａｎｇｅｓ?ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｙｃｌｉｎｇ?ｆｏｒ?Ｓｉ??ａｎｏｄｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｆｏｎｎ?ｏｆ?ｆｉｌｍ，ｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ａｎｄ?ｎａｎｏｗｉｒｅｓ；?（ｂ）Ｖｏｌｔａｇｅ?ｐｒｏｆｉｌｅｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ａｎｄ?ｓｅｃｏｎｄ??ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔｉｃ?ｃｙｃｌｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＳｉＮ?Ｗｓ?ａｔ?ｔｈｅ?Ｃ／２０?ｒａｔｅ；?（ｃ）?Ｃａｐａｃｉｔｙ?ｖｅｒｓｕｓ?ｃｙｃｌｅ?ｎｕｍｂｅｒ?ｆｏｒ?ＳｉＮＷｓ?ａｔ??ｔｈｅ?Ｃ／２０?ｒａｔｅ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｃｈａｒｇｅ?（ｓｑｕａｒｅｓ）?ａｎｄ?ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｃａｐａｃｉｔｙ?（ｃｉｒｃｌｅｓ）［、丄??喜的是，其在１５Ｃ（?＝?１５Ａ／ｇ）的大電流充放下，依然保持高容量和優(yōu)異的循環(huán)性??能。接下來，為了硅納米管的大規(guī)模制備，Ｚｈｅｎｈａｉ?Ｗｅｎ等＾利用對空心二氧化??硅管進(jìn)行鎂熱還原的方法得到了大量的硅納米管，該硅納米管同樣表現(xiàn)出優(yōu)秀的??電化學(xué)性能，特別是優(yōu)異的倍率性能：在１Ｃ和２Ｃ的電流充放下，其仍能表現(xiàn)??出１０００ｍＡｈ／ｇ和８４０ｍＡｈ／ｇ的可逆容量。??然而，筒單是空心的納米管結(jié)構(gòu)仍然不能完全解決硅的問題。它雖然減小了??機(jī)械應(yīng)力

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰電池發(fā)展簡史[J]. 黃彥瑜.  物理. 2007(08)



本文編號：3264602