目前,無論是新能源汽車的發(fā)展還是數(shù)碼終端產品的大屏幕化、功能多樣化,都對與之匹配的儲能系統(tǒng)提出了新的要求。而在儲能電池的更新?lián)Q代中,鋰離子電池由于其耐高電壓、無記憶效應、無污染環(huán)保、安全性能高、自放電率低、較高的比容量、循環(huán)性能強等優(yōu)點,已在大量的儲能項目中獲得了實際應用。但目前的電池材料體系明顯已無法滿足鋰電池的現(xiàn)實需求,研發(fā)新型高能量高性能材料迫在眉睫。目前,硅基材料已成為鋰電池改善負極的最優(yōu)先選擇。硅負極材料具有安全性好、資源豐富、放電平臺低和可嵌鋰量遠遠大于碳的優(yōu)點。然而,硅負極由于其在嵌脫鋰循環(huán)過程中具有嚴重的體積膨脹和收縮,造成材料結構的破壞和機械粉碎,從而導致電極表現(xiàn)出較差的循環(huán)性能。碳質負極材料在充放電過程中體積變化較小,具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能,而且碳質負極材料本身是離子與電子的混合導體;另外,硅與碳化學性質相近,二者能緊密結合,因此合成硅碳負極材料是改善硅基材料的有效方法。在硅碳復合體系中,硅顆粒作為活性物質,提供儲鋰容量;碳既能緩沖充放電過程中硅負極的體積變化,又能改善硅質材料的導電性,還能避免硅顆粒在充放電循環(huán)中發(fā)生團聚。因此硅碳復合材料綜合了二者的優(yōu)點,表現(xiàn)出高... 

【文章來源】：青島大學山東省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)鋰離子電池的工作原理

青島大學碩士學位論文4構設計為微米或納米結構有利于減少這些限制。(3)縮短鋰離子的擴散路徑，提高鋰離子得擴散速率，具有更高的功率。此外，材料還需要有更高的電子轉移率。石墨由于較低的工作電壓、低成本以及較高的循環(huán)壽命被認為是最常用的鋰電池負極材料[13,14]。但其由于較低的比容量以及能量密度極大阻礙了其作為鋰電池負極材料的發(fā)展。目前，負極材料取得的研究進展如圖1.2所示[15]。主要有碳基材料，包括硬碳、碳納米管、石墨烯等。其次合金/去合金化材料也是常用的，包括Si、Ge、Sn、SnO、SiO等。最后還包含過渡金屬氧化物，主要有Fe2O3/Fe3O4，MoO2/MoO3，CoO/Co3O4，Cu2O/CuO，MnxOy，NiO，Cr2O3，RuO2等。本文研究了以納米硅、微米硅為原料設計微納多層結構的石榴狀結構、海膽狀結構復合材料用作鋰電池負極材料的性能。圖1.2負極材料示意圖Figure1.2Schematicillustrationofanodematerials1.3硅碳復合材料1.3.1硅碳復合材料的研究現(xiàn)狀鋰離子電池由于較高的能量密度，有限的自放電效應以及較高的操作電壓，成為了被最廣泛應用的二次電池系統(tǒng)。然而，現(xiàn)代商業(yè)的石墨烯負極材料不能滿足人們對電動汽車、便攜式電子設備和能源存儲應用的能量密度、操控可靠性以及系統(tǒng)整合的要求[16-18]。因此，生產具有高比容量，合適的充放電平臺以及安全性高低成本的新一代負極材料在學術界和工業(yè)上都吸引了巨大的關注。在所有有潛力的負極材料中，硅由于以下原因成為最有前景的取代石墨的候

青島大學碩士學位論文6圖1.3Si/po-C@C的(a)制備過程以及(b)分層的結構設計流程圖Figure1.3Schematicsof(a)fabricationprocessand(b)hierarchicalstructuraldesignforSi/po-C@CcompositeLietal.通過噴霧干燥結合表面覆蓋導電劑的方法制備的具有殼核結構的硅碳微米球（如圖1.3所示），在循環(huán)30圈后能保持大約900mAhg1的比容量[12]。Liangetal.通過靜電噴涂和高溫裂解法生產了一種多孔的且具有導電骨架結構的硅/碳微米球（如圖1.4所示），這種微米球在循環(huán)60圈后具有高達1325mAhg1的比容量，容量保持率達到87%[19]。圖1.4Si/C微米球以及微米結構的制備流程圖Figure1.4SchematicfabricationprocessoftheSi/Cmicrosphereanditsmicrostructure

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Hierarchically 3D structured milled lamellar MoS2/nano-silicon@carbon hybrid with medium capacity and long cycling sustainability as anodes for lithium-ion batteries[J]. Peng Zhang,Qiang Ru,Honglin Yan,Xianhua Hou,Fuming Chen,Shejun Hu,Lingzhi Zhao.  Journal of Materials Science & Technology. 2019(09)



本文編號：3524638