發(fā)布時間：2021-11-28 15:01

　　目前,無論是新能源汽車的發(fā)展還是數(shù)碼終端產(chǎn)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(yīng)、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(yīng)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(fù)極的最優(yōu)先選擇。硅負(fù)極材料具有安全性好、資源豐富、放電平臺低和可嵌鋰量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳的優(yōu)點。然而,硅負(fù)極由于其在嵌脫鋰循環(huán)過程中具有嚴(yán)重的體積膨脹和收縮,造成材料結(jié)構(gòu)的破壞和機械粉碎,從而導(dǎo)致電極表現(xiàn)出較差的循環(huán)性能。碳質(zhì)負(fù)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(zhì)負(fù)極材料本身是離子與電子的混合導(dǎo)體;另外,硅與碳化學(xué)性質(zhì)相近,二者能緊密結(jié)合,因此合成硅碳負(fù)極材料是改善硅基材料的有效方法。在硅碳復(fù)合體系中,硅顆粒作為活性物質(zhì),提供儲鋰容量;碳既能緩沖充放電過程中硅負(fù)極的體積變化,又能改善硅質(zhì)材料的導(dǎo)電性,還能避免硅顆粒在充放電循環(huán)中發(fā)生團(tuán)聚。因此硅碳復(fù)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(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)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(xué)碩士學(xué)位論文4構(gòu)設(shè)計為微米或納米結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(rèn)為是最常用的鋰電池負(fù)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(fù)極材料的發(fā)展。目前，負(fù)極材料取得的研究進(jìn)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(shè)計微納多層結(jié)構(gòu)的石榴狀結(jié)構(gòu)、海膽狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料用作鋰電池負(fù)極材料的性能。圖1.2負(fù)極材料示意圖Figure1.2Schematicillustrationofanodematerials1.3硅碳復(fù)合材料1.3.1硅碳復(fù)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(yīng)以及較高的操作電壓，成為了被最廣泛應(yīng)用的二次電池系統(tǒng)。然而，現(xiàn)代商業(yè)的石墨烯負(fù)極材料不能滿足人們對電動汽車、便攜式電子設(shè)備和能源存儲應(yīng)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(chǎn)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(fù)極材料在學(xué)術(shù)界和工業(yè)上都吸引了巨大的關(guān)注。在所有有潛力的負(fù)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(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.3Si/po-C@C的(a)制備過程以及(b)分層的結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖Figure1.3Schematicsof(a)fabricationprocessand(b)hierarchicalstructuraldesignforSi/po-C@CcompositeLietal.通過噴霧干燥結(jié)合表面覆蓋導(dǎo)電劑的方法制備的具有殼核結(jié)構(gòu)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(chǎn)了一種多孔的且具有導(dǎo)電骨架結(jié)構(gòu)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(dá)1325mAhg1的比容量，容量保持率達(dá)到87%[19]。圖1.4Si/C微米球以及微米結(jié)構(gòu)的制備流程圖Figure1.4SchematicfabricationprocessoftheSi/Cmicrosphereanditsmicrostructure

【參考文獻(xiàn)】：
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