在鋰離子電池負(fù)極材料中,硅以最高的理論比容量（～3580 mAh·g-1,Li14Si5）和適中的嵌/脫鋰電位而受到廣泛關(guān)注,但又受限于較差的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能而沒(méi)能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。原因主要有兩點(diǎn)：（1）硅在充放電過(guò)程中巨大的體積膨脹效應(yīng),導(dǎo)致硅顆粒粉化碎裂,與集流體失去電接觸。（2）硅的電子電導(dǎo)率較低,進(jìn)行快速充放電時(shí),倍率性能較差。針對(duì)硅基負(fù)極材料上述問(wèn)題,本論文主要通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),制備了一系列多孔硅基復(fù)合材料,通過(guò)材料中豐富的孔隙有效緩解硅循環(huán)過(guò)程中的體積效應(yīng),使材料的循環(huán)穩(wěn)定性得以顯著提高。為了提高電極材料的導(dǎo)電性,對(duì)單質(zhì)硅進(jìn)行碳或聚苯胺的復(fù)合,加快電子的傳輸,從而提高電池的倍率性能。利用X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、氮?dú)馕摳椒袄庾V對(duì)樣品物相和微觀形貌進(jìn)行了表征。本論文主要研究結(jié)果如下：（1）分別以介孔二氧化硅分子篩SBA-15、天然礦物硅藻土、工業(yè)廢料微硅粉為原料,通過(guò)鎂熱還原反應(yīng),制備了3種多孔單質(zhì)硅材料。得益于材料中豐富的孔隙對(duì)硅顆粒在充放電過(guò)程中應(yīng)力的緩解作用,3種多孔硅材料均表現(xiàn)出較好的循環(huán)穩(wěn)定性。其中,... 

【文章頁(yè)數(shù)】：86 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 鋰離子電池及其發(fā)展現(xiàn)狀
        1.1.1 鋰離子電池概念、定義及優(yōu)勢(shì)
        1.1.2 鋰離子電池工作原理
        1.1.3 鋰離子電池發(fā)展歷程及應(yīng)用概述
        1.1.4 動(dòng)力電池及儲(chǔ)能電池發(fā)展現(xiàn)狀
    1.2 鋰離子電池關(guān)鍵材料
        1.2.1 鋰離子電池正極材料
        1.2.2 負(fù)極材料
        1.2.3 電解液
        1.2.4 隔膜材料
    1.3 硅基負(fù)極材料
        1.3.1 納米化單質(zhì)硅負(fù)極材料
        1.3.2 Si/C復(fù)合材料
        1.3.3 Si/多聚物復(fù)合材料
        1.3.4 其他負(fù)極材料
    1.4 本文的研究目的和內(nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 材料物理性質(zhì)表征
        2.2.1 X射線衍射
        2.2.2 掃描電子顯微鏡
        2.2.3 透射電子顯微鏡
        2.2.4 拉曼光譜測(cè)試
        2.2.5 比表面積及孔徑測(cè)試
    2.3 材料電化學(xué)性能表征
        2.3.1 電池組裝
        2.3.2 恒電流充放電測(cè)試
    2.4 Si基復(fù)合納米結(jié)構(gòu)制備方法
        2.4.1 鎂熱還原法
        2.4.2 溶液沉積—高溫?zé)峤庵苽涮及矊?br>        2.4.3 原位反應(yīng)聚合制備Si/PANi 3D納米復(fù)合結(jié)構(gòu)
第三章 多孔單質(zhì)硅負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能
    3.1 引言
    3.2 鎂熱還原法制備多孔單質(zhì)硅負(fù)極材料
        3.2.1 介孔硅負(fù)極材料的制備
        3.2.2 對(duì)比材料的制備
    3.3 多孔單質(zhì)硅負(fù)極材料的表征
        3.3.1 材料的物相分析
        3.3.2 材料的微觀形貌分析
    3.4 材料的電化學(xué)性能表征
        3.4.1 材料的循環(huán)伏安及充放電曲線特征
        3.4.2 材料的循環(huán)性能
        3.4.3 材料的倍率性能
    3.5 SBA-15鎂熱還原液態(tài)反應(yīng)模型討論
    3.6 本章小結(jié)
第四章 介孔硅/碳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究
    4.1 引言
    4.2 介孔硅/碳復(fù)合材料的制備
    4.3 介孔硅/碳復(fù)合材料的形貌表征
    4.4 介孔硅/碳復(fù)合材料的電化學(xué)性能測(cè)試
        4.4.1 電壓—容量曲線
        4.4.2 循環(huán)性能
        4.4.3 倍率性能
    4.5 本章小結(jié)
第五章 介孔硅/聚苯胺復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究
    5.1 引言
    5.2 介孔硅/聚苯胺復(fù)合材料的制備
    5.3 介孔硅/聚苯胺復(fù)合材料的形貌表征
    5.4 介孔硅/聚苯胺復(fù)合材料的電化學(xué)性能測(cè)試
        5.4.1 循環(huán)性能
        5.4.2 倍率性能
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J]. 唐征歧,周漢濤.  電源技術(shù). 2014(01)
[2]大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及示范應(yīng)用綜述[J]. 許守平,李相俊,惠東.  電力建設(shè). 2013(07)
[3]幾類(lèi)面向電網(wǎng)的儲(chǔ)能電池介紹[J]. 蔣凱,李浩秒,李威,程時(shí)杰.  電力系統(tǒng)自動(dòng)化. 2013(01)



本文編號(hào)：3718467