硅基材料具有較高的理論容量,遠遠大于傳統(tǒng)的石墨負極材料,被認為是目前最有前景的新型鋰離子電池負極材料。然而,此類材料在嵌脫鋰過程中存在嚴重的體積膨脹等問題,導(dǎo)致活性顆粒粉化,材料原有結(jié)構(gòu)被破壞,容量快速衰減,制約了其商業(yè)化應(yīng)用。本論文針對硅基負極材料在實際應(yīng)用中體積膨脹的問題,通過對材料的歧化刻蝕和碳納米纖維包覆來改其循環(huán)性能,并深入分析材料容量衰減機制,采用化學(xué)氣相沉積（CVD）和高溫歧化的方法制備了硅碳復(fù)合負極材料,利用X-射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、熱重分析（TGA）等方法對材料的微觀結(jié)構(gòu)和表面形貌進行了分析,并采用恒電流充放電（D-C）、循環(huán)伏安（CV）和電化學(xué)阻抗譜（EIS）等方法測試了其電化學(xué)性能。論文主要包括以下內(nèi)容:1.以石墨為原料,采用化學(xué)氣相沉積法制備了系列石墨/碳納米纖維復(fù)合材料,證實碳納米纖維的包覆可以改善材料的電化學(xué)性能,石墨/碳納米纖維復(fù)合材料的循環(huán)性能相比純石墨材料循環(huán)容量增加,但首次庫倫效率下降。含有20%碳納米纖維的石墨/碳納米纖維復(fù)合材料,首次放電比容量為649mAh/g,經(jīng)過50次充放電后容量仍保持為40... 

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池概述
        1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展
        1.2.2 鋰離子電池的工作原理與特點
        1.2.3 鋰離子電池的組成和結(jié)構(gòu)
    1.3 鋰電池負極材料概述
        1.3.1 鋰離子負極材料的特點
        1.3.2 鋰離子負極材料的種類
    1.4 硅基負極材料的概況
        1.4.1 硅基負極材料的儲鋰特性
        1.4.2 硅基負極材料的存在問題
        1.4.3 改善硅基負極材料性能的策略
    1.5 硅碳復(fù)合材料的制備與研究進展
        1.5.1 硅碳復(fù)合材料的制備
        1.5.2 化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)機理
        1.5.3 納米碳纖維生長的影響因素
        1.5.4 硅碳復(fù)合材料的分類
    1.6 本課題研究意義及內(nèi)容
        1.6.1 本課題的研究意義
        1.6.2 本課題的主要內(nèi)容
第2章 實驗部分
    2.1 實驗藥品
    2.2 實驗設(shè)備和裝置
    2.3 材料的表征分析
        2.3.1 掃描電鏡(SEM)分析
        2.3.2 透射電鏡(TEM)分析
        2.3.3 X射線衍射儀(XRD)分析
        2.3.4 比表面積(BET)分析
        2.3.5 熱重(TG)分析
        2.3.6 X射線光電子能譜(XPS)分析
        2.3.7 拉曼光譜(Raman)分析
    2.4 電池組裝
第3章 石墨/碳納米纖維復(fù)合材料制備及其性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 催化劑的負載
        3.2.2 化學(xué)氣相沉積
        3.2.3 催化劑的脫除
        3.2.4 分析表征
        3.2.5 電極片的制備和電池的組裝
        3.2.6 電化學(xué)性能測試
        3.2.7 實驗反應(yīng)裝置
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 結(jié)構(gòu)與形貌
        3.3.2 成分分析
        3.3.3 電化學(xué)分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 硅基負極材料電化學(xué)性能的因素探究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 催化劑的負載
        4.2.2 化學(xué)氣相沉積
        4.2.3 催化劑的脫除
        4.2.4 分析表征
        4.2.5 電極片的制備和電池的組裝
        4.2.6 電化學(xué)性能測試
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 結(jié)構(gòu)與形貌
        4.3.2 成分分析
        4.3.3 電化學(xué)分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 新型硅/碳納米纖維復(fù)合材料制備及其性能研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 硅源的預(yù)處理
        5.2.2 催化劑的負載
        5.2.3 化學(xué)氣相沉積
        5.2.4 催化劑的脫除
        5.2.5 分析表征
        5.2.6 電極片的制備和電池的組裝
        5.2.7 電化學(xué)性能測試
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 結(jié)構(gòu)與形貌
        5.3.2 成分分析
        5.3.3 電化學(xué)分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 論文總結(jié)
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
碩士期間發(fā)表論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
[1]從鋰離子電池的發(fā)展看2019年諾貝爾化學(xué)獎[J]. 楊曉晶.  化學(xué)教育(中英文). 2019(22)

博士論文
[1]納米碳纖維塊體的制備及其應(yīng)用研究[D]. 葛翔.華東理工大學(xué) 2016

碩士論文
[1]鋰離子電池硅負極改性及基SEI膜研究[D]. 黃世強.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所) 2018
[2]酚醛樹脂熱解炭包覆石墨化針狀焦用于鋰離子電池負極材料的研究[D]. 趙躍.華東理工大學(xué) 2012



本文編號：3721271