發(fā)布時(shí)間：2017-05-01 16:12

  本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池錫負(fù)極材料的制備及力學(xué)行為分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著新能源電動汽車等的迅速發(fā)展,對鋰離子電池的容量提出了更高的要求。目前商業(yè)化的石墨負(fù)極材料由于其比容量較低,無法滿足這一日益增長的要求。錫基材料因具有較高的比容量受到極大關(guān)注。然而,錫電極在充放電循環(huán)的過程中伴隨著巨大且不均勻的體積膨脹,引起活性物質(zhì)的粉化和剝落,導(dǎo)致電池容量和循環(huán)壽命急劇衰減。本文設(shè)計(jì)了中空Sn顆粒和Sn/C/PVA納米纖維復(fù)合材料,利用內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)、協(xié)調(diào)碳材料和高分子材料柔性減緩循環(huán)過程中體積膨脹,提高負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性。1.利用還原法／電流置換法制備了Sn中空納米顆粒,并將其用于鋰離子電池負(fù)極研究。透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)表征了樣品的微觀形貌、結(jié)構(gòu)和組成,證實(shí)了中空結(jié)構(gòu)的形成,且中空錫納米顆粒的粒徑分布均勻,平均粒徑約為180 nm。電化學(xué)測試表明,中空Sn納米顆粒具有良好的循環(huán)性能,循環(huán)100次后,其比容量仍保持在377.9 mAhg-1,而實(shí)心Sn納米顆粒比容量僅為50 m Ahg-1,表明納米顆粒內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)能夠緩解負(fù)極體積膨脹,顯著提高了Sn負(fù)極的循環(huán)性能。2.基于中空結(jié)構(gòu)錫活性材料,建立了一維應(yīng)力模擬的理論模型,分析了嵌鋰過程中的應(yīng)力分布及變化趨勢。結(jié)果表明,中空結(jié)構(gòu)能夠極大緩解活性材料的應(yīng)力。3.利用靜電紡絲法制備了Sn/C/PVA納米纖維,并將其用于鋰離子電池負(fù)極研究。SEM和XRD表征了樣品的形貌、結(jié)構(gòu)和組成,證實(shí)了納米纖維的形成。電化學(xué)測試表明,Sn/C/PVA內(nèi)米纖維具有良好的循環(huán)性能,循環(huán)100次后,其比容量仍保持在471 mAhg-1,而實(shí)心Sn納米顆粒比容量僅為50 mAhg-1,表明納米顆粒與碳材料和高分子復(fù)合能夠緩解Sn負(fù)極體積膨脹,顯著提高負(fù)極的循環(huán)性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池負(fù)極 錫納米顆粒 電流置換法 應(yīng)力分布
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 鋰離子電池簡介9-12
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展9-10
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理和結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.3 鋰離子電池的特點(diǎn)11-12
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料概述12-14
• 1.3.1 負(fù)極材料的選擇要求12
• 1.3.2 碳基負(fù)極材料12-13
• 1.3.3 非碳負(fù)極材料13-14
• 1.4 錫基負(fù)極材料的國內(nèi)外研究進(jìn)展14-24
• 1.4.1 金屬錫納米材料14-15
• 1.4.2 錫的氧化物15-18
• 1.4.3 錫基合金18-20
• 1.4.4 錫基復(fù)合材料20-23
• 1.4.5 其他錫基材料23-24
• 1.5 鋰離子電池負(fù)極材料的力學(xué)模擬24-25
• 1.6 本論文的主要研究內(nèi)容及意義25-27
• 第二章 中空錫納米顆粒的制備及其電化學(xué)性能研究27-40
• 2.1 引言27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)設(shè)備27-29
• 2.3 實(shí)驗(yàn)部分29-31
• 2.3.1 中空錫納米顆粒的制備29
• 2.3.2 中空錫納米顆粒的表征29-30
• 2.3.2.1 X射線衍射29-30
• 2.3.2.2 掃描電鏡和透射電鏡30
• 2.3.3 電極制備以及電池組裝30-31
• 2.3.4 電化學(xué)表征31
• 2.4 結(jié)果與討論31-39
• 2.4.1 中空Sn納米顆粒的合成機(jī)理31-32
• 2.4.2 中空錫納米顆的結(jié)構(gòu)與組成分析32-37
• 2.4.2.1 X射線衍射分析32-33
• 2.4.2.2 掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡分析33-37
• 2.4.3 電化學(xué)性能測試37-38
• 2.4.4 中空錫納米顆粒充放電機(jī)理研究38-39
• 2.5 本章小結(jié)39-40
• 第三章 中空錫納米顆粒的力學(xué)模擬40-48
• 3.1 引言40
• 3.2 理論方法40-45
• 3.2.1 球?qū)ΨQ假設(shè)下的力學(xué)模型40-42
• 3.2.2 濃度模型42-43
• 3.2.3 離散43-45
• 3.23.1 濃度方程的離散43-44
• 3.2.3.2 應(yīng)力的離散求解44-45
• 3.2.3.3 計(jì)算參數(shù)45
• 3.3 電極模型分析45-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 SN/C/PVA復(fù)合纖維的制備及其電化學(xué)性能研究48-61
• 4.1 引言48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)設(shè)備48-50
• 4.3 實(shí)驗(yàn)部分50-53
• 4.3.1 Sn/C/PVA復(fù)合纖維的制備50-51
• 4.3.2 Sn/C/PVA復(fù)合纖維的表征51-53
• 4.3.2.1 X射線衍射51
• 4.3.2.2 掃描電鏡51-52
• 4.3.2.3 納米壓痕測試52-53
• 4.3.3 電極制備與電池組裝53
• 4.3.4 電化學(xué)表征53
• 4.4 結(jié)果與討論53-60
• 4.4.1 Sn/C/PVA復(fù)合纖維的制備原理53-54
• 4.4.2 Sn/C/PVA復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)與組成分析54-59
• 4.4.2.1 掃描電子顯微鏡分析54-57
• 4.4.2.2 X射線衍射分析57-58
• 4.4.2.3 納米壓痕分析實(shí)驗(yàn)分析58-59
• 4.4.3 電化學(xué)性能測試59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 全文總結(jié)61-63
• 參考文獻(xiàn)63-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和參與科研情況說明72-73
• 致謝73

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