發(fā)布時(shí)間：2022-01-21 19:58

　　鑒于當(dāng)前電動汽車等產(chǎn)業(yè)對兼具高比能高比功二次電池的現(xiàn)實(shí)需求,而硅單質(zhì)用于鋰離子電池（LIB）的負(fù)極時(shí),具有大的理論比容量（4000 mAh g-1以上）,因此如何將硅材料運(yùn)用到鋰電池中成為了研究熱點(diǎn)。然而,單質(zhì)硅在鋰離子電池中,隨著充放電的進(jìn)行,體積膨脹幅度非常大（大于300%）,使得其表面無法形成穩(wěn)定的SEI膜,鋰離子隨著SEI膜的不斷更新而不再參與到電池的充放電循環(huán)過程,造成電池整體容量下降。而炭材料作為鋰離子電池的負(fù)極,具有微孔豐富、強(qiáng)度高和導(dǎo)電能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),并且用來制備炭材料的前驅(qū)體來源廣泛,易于根據(jù)需求進(jìn)行改性,因此,本研究將納米硅與炭材料復(fù)合,通過結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合制備方法的優(yōu)化對材料的性能進(jìn)行探究,本論文的主要內(nèi)容及結(jié)論如下:（1）具有不同厚度炭層核殼結(jié)構(gòu)的硅碳復(fù)合材料的合成與電化學(xué)性能研究。通過將甲醛與間苯二酚反應(yīng)生成的低分子量的間苯二酚甲醛樹脂（RF）包覆在納米硅（SiNPs）表面,碳化后得到共形包覆的硅碳復(fù)合材料,探究在RF包覆過程中表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）的加入對材料形貌與循環(huán)性能的影響,以及不同RF的包覆量對共形包覆材料的電化學(xué)性能的影響。研究表明,... 

【文章來源】：華東理工大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１鋰離子電池內(nèi)部工作原理示意圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｐｅｒａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉｕｍ?ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??

點(diǎn)，人們采用了各種方法解決它，比如通過??軟炭包覆，氟化，金屬包覆和表面氧化等［ＩＵ４］，而軟炭包覆的對鋰電池庫倫效率和比容??量的提升作用最明顯。Ｗａｎｇ等人［１４］對軟炭包覆方案的碳化溫度做了系統(tǒng)性研究。盡管??如此，硬炭的比容量與循環(huán)壽命仍有很大的提升空間。Ｌｉ等人［１５］通過將馬鈴薯淀粉作為??前驅(qū)體，得到含有很多微孔的硬炭，結(jié)果顯示，其可逆容量高達(dá)５３０?ｍＡｈ?ｇ＇并且其??他電化學(xué)指標(biāo)也非常優(yōu)秀。Ｙａｎｇ等人１２２１通過蔗糖熱解得到具有納米尺寸微孔的硬炭，??材料形貌如圖１．２所示，這些硬炭的容量高達(dá)５００?ｍＡｈ?ｇ＇并且循環(huán)性能與倍率性能也??比較優(yōu)秀。納米孔硬炭的分級孔結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)鋰離子的傳輸，使得材料的倍率性能非常??優(yōu)秀。??Ｍｅｓｏｐｏｒｅ?Ｍｅｓｏｐｏｒｅ??Ｍａｃｒｏｐｏｒｅ?Ｍｉｃｒｏｐｏｒｅ??００?Ｗｗ??ａ?ｂ?ｃ??圖１．２?（ａ）硬炭；（ｂ）中孔炭；（ｃ）分級孔炭結(jié)構(gòu)示意圖１２２１??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｏｒｏｕｓ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?（ａ）?Ｈａｒｄ?Ｃａｒｂｏｎ，?（ｂ）?Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｓ?Ｃａｒｂｏｎ，?（ｃ）?Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ?Ｐｏｒｏｕｓ??Ｃａｒｂｏｎ?１２２１??（２）碳納米管??碳原子在一定條件下通過單向生長可以得到碳納米管（ＣＮＴｓ）?［１６］。從共軸層的數(shù)??量看，碳納米管有單層與多層之分。自從ＣＮＴｓ在上世紀(jì)末被發(fā)現(xiàn)，就被廣泛地用于ＬＩＢ??的負(fù)極材料。實(shí)際上碳納米管與其他活性材料復(fù)合制成的負(fù)極材料可顯著提升ＬＩＢｓ的??負(fù)極性能，這是由于碳納米管具有良好的導(dǎo)電能力、機(jī)械穩(wěn)定性、熱力學(xué)穩(wěn)定性以及吸??附和傳質(zhì)

與硅形成合金Ｌｉ２２Ｓｉ５是制備高??性能電極的有效途徑之一［４ｌＭ４］。此外，硅在放電時(shí)硅的電位接近于前一代的ＬＩＢ負(fù)極材??料石墨，在０．４?Ｖ?（ＶＳ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）。研宄者對硅負(fù)極的電化學(xué)鋰化作用進(jìn)行了深入的研究，??研究結(jié)果表明，在嵌鋰過程中，硅與鋰形成的ＬｉｘＳｉ是其具備高比容量的主要原因［４｜］。??然而硅在充放電過程中的劇烈體積變化（約有４００％）會造成循環(huán)容量迅速降低以及不??可的逆容量損失等缺點(diǎn)，這嚴(yán)重地限制了硅在ＬＩＢ負(fù)極材料中的應(yīng)用。薄膜硅電極的粉??化過程如圖１．５所示，相比較循環(huán)前，材料循環(huán)后的電極材料出現(xiàn)大量的裂紋，導(dǎo)致硅??從電極主體上脫離，造成循環(huán)性能的下降。??圖１．５?（ａ－ｃ）分別在３、８和５０次循環(huán)后獲得的電極表面形態(tài)的俯視ＳＥＭ圖像（ｄ－ｆ）?３０次循環(huán)??后的ＳＥＭ圖像（ａ－ｅ）比例尺為２０?ｆｉｍ?（ｆ）比例尺為３嘩１９９１??Ｆｉｇ．?１．５?（ａ－ｅ）?Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ａｆｔｅｒ?３，?８??ａｎｄ?５０?ｃｙｃｌｅｓ?ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ?（ｄ－ｆ）?Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ?ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ??ｏｂｔａｉｎｅｄ?ａｆｔｅｒ?３０?ｃｙｃｌｅｓ?，?Ｓｃａｌｅ?ｂａｒ，?２０?ｍｍ?（ｄ－ｈ）?３?ｍｍ?（ｆ）．??在合金／去合金化過程中，ＬｉｘＳｉ的形成使ＳＥＩ膜的形成受到了抑制。為了解ＬＩＢｓ中??硅負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性差的確切原因，研宄者采用原位

【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：3600865