鋰離子電池由于具有循環(huán)壽命長、自放電率低、工作電壓高等優(yōu)點,已成為便攜式設(shè)備和工業(yè)儲能系統(tǒng)中最重要的能源。由于傳統(tǒng)石墨電極材料只有372 mAh/g的低可逆比容量,難以滿足未來移動設(shè)備需求。因此利用Ga、Si、Ge等材料替代石墨來開發(fā)高容量的鋰合金電極是一個世界性的趨勢。然而,這些材料所面臨的共同的問題是充放電過程中大的體積變化導(dǎo)致的電極材料破損,影響了電池的性能。所以本文以這個問題為出發(fā)點,設(shè)計了兩套實驗裝置,制備了Ga、Si納米顆粒及Ge納米結(jié)構(gòu),研究了納米材料的生長機理及鋰電池性能。設(shè)計了一套室溫激光輔助離子液體電沉積納米材料的設(shè)備。用脈沖激光輻照[EMIm]Tf₂N離子液體發(fā)現(xiàn),激光輻照能夠減緩離子液體中[EMIm]⁺陽離子的分解。激光輻照還影響了Ga和Si在電極表面的反應(yīng)過程,使循環(huán)伏安（CV）曲線中的還原峰電位正移,還原峰電流增大,通過分析得知峰位的移動是由于激光熱效應(yīng)的作用。Ga納米球及Si團簇成功被制備出來。激光輻照使Ga納米球粒徑變大,直徑超過1000nm,呈現(xiàn)出團聚狀態(tài),并且有垂直基片生長的趨勢;Si沉積物的表面形貌相比于... 

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池基本概念
        1.2.1 鋰離子電池發(fā)展簡介
        1.2.2 鋰離子電池工作原理
    1.3 鋰離子電池Ge負(fù)極材料的研究進(jìn)展
        1.3.1 Ge負(fù)極材料簡介
        1.3.2 Ge納米顆粒負(fù)極的研究進(jìn)展
        1.3.3 Ge納米線負(fù)極的研究進(jìn)展
        1.3.4 Ge納米管及三維有序大孔結(jié)構(gòu)負(fù)極研究進(jìn)展
        1.3.5 Ge合金電極
    1.4 離子液體中電沉積半導(dǎo)體材料
        1.4.1 離子液體簡介
        1.4.2 離子液體在電化學(xué)中的應(yīng)用
        1.4.3 離子液體中沉積半導(dǎo)體材料
    1.5 激光輔助電沉積
        1.5.1 激光簡介
        1.5.2 激光輔助電沉積技術(shù)
    1.6 本文的主要研究內(nèi)容
第二章 實驗材料及測試方法
    2.1 實驗藥品與設(shè)備
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 實驗方法
        2.2.1 電極材料的制備方法
        2.2.2 半電池組裝方法
    2.3 表征方法
        2.3.1 X射線衍射(XRD)分析
        2.3.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)分析
        2.3.3 透射電子顯微鏡(TEM)分析
        2.3.4 X射線光電子能譜(XPS)分析
        2.3.5 拉曼(Raman)光譜分析
        2.3.6 循環(huán)伏安測試
        2.3.7 電池充放電性能測試
第三章 脈沖激光輔助離子液體電沉積Ga和Si
    3.1 引言
    3.2 [EMIm]Tf_2N離子液體
        3.2.1 [EMIm]Tf_2N離子液體的物理化學(xué)性質(zhì)
        3.2.2 [EMIm]Tf_2N離子液體的電化學(xué)特性
        3.2.3 激光輻照對[EMIm]Tf_2N離子液體的電化學(xué)性能的影響
    3.3 脈沖激光輔助離子液體電沉積Ga納米顆粒與Si納米團簇
        3.3.1 Ga與Si在電極表面的反應(yīng)過程
        3.3.2 Ga與Si沉積物的表面形貌
        3.3.4 Ga與Si沉積物的結(jié)構(gòu)和成分分析
    3.4 脈沖激光輔助離子液體電沉積的機理研究
    3.5 本章小結(jié)
第四章 脈沖激光輔助離子液體電沉積Ge納米結(jié)構(gòu)及其鋰電池性能研究
    4.1 引言
    4.2 脈沖激光輔助離子液體電沉積Ge實驗方法
    4.3 脈沖激光輔助離子液體電沉積Ge納米顆粒及納米線
        4.3.1 Ge在電極表面的反應(yīng)過程
        4.3.2 激光能量對Ge沉積物表面形貌的影響
        4.3.3 Ge沉積物的結(jié)構(gòu)及成分分析
    4.4 Ge納米線負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究
        4.4.1 Cu箔上電沉積Ge納米線
        4.4.2 Ge納米線負(fù)極的循環(huán)伏安曲線
        4.4.3 Ge納米線的充放電性能
        4.4.4 Ge納米線的循環(huán)性能
        4.4.5 Ge納米線的倍率性能
        4.4.6 Ge納米線50次充放電循環(huán)后的形貌
    4.5 脈沖激光輔助離子液體電沉積枝狀Ge納米結(jié)構(gòu)
        4.5.1 枝狀Ge納米結(jié)構(gòu)的表面形貌
        4.5.2 枝狀Ge納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶狀態(tài)分析
        4.5.3 枝狀Ge納米結(jié)構(gòu)的生長過程
    4.6 Ge納米結(jié)構(gòu)的生長機理研究
    4.7 本章小結(jié)
第五章 Ga摻雜的Ge納米線制備及其鋰電池性能研究
    5.1 引言
    5.2 兩步離子液體電沉積Ge-Ga納米線的實驗方法
    5.3 Ge-Ga納米線的制備
        5.3.1 Ge跟Ga在電極表面的反應(yīng)過程
        5.3.2 Ga球及Ge-Ga納米線的表面形貌
        5.3.3 Ge-Ga納米線的結(jié)構(gòu)及成分分析
        5.3.4 Ge-Ga納米線的生長過程
    5.4 Ge-Ga納米線負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究
        5.4.1 Cu箔上電沉積Ge-Ga納米線
        5.4.2 Ge-Ga納米線的循環(huán)伏安曲線
        5.4.3 Ge-Ga納米線的充放電性能
        5.4.4 Ge-Ga納米線的循環(huán)及倍率性能
        5.4.5 Ge-Ga納米線循環(huán)后的形貌
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士期間取得的科研成果
作者簡介
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]激光增強電鍍鎳的研究[J]. 鐘曉萍,伍學(xué)高.  表面技術(shù). 1994(03)



本文編號：3677609