目前,作為鋰離子電池商業(yè)化負(fù)極材料的石墨,其理論比容量僅有372mAh g^-1,早已不能滿足人們對于高能量密度鋰離子電池的需求。而在近年來的研究中,硅基負(fù)極材料由于理論比容量高(～4200 mAh g^-1)、嵌鋰電位低(0.4V左右)而被認(rèn)為是新一代鋰離子電池最具應(yīng)用潛力的負(fù)極材料體系。但是,硅在嵌鋰過程中會發(fā)生巨大的體積膨脹(～300%),易造成材料結(jié)構(gòu)完整性破壞,并連續(xù)形成不穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)(SEI)膜,電極循環(huán)過程中容量衰減、庫倫效率低、循環(huán)穩(wěn)定性差等不利影響,嚴(yán)重阻礙了硅基負(fù)極材料的實用化進(jìn)程。基于此,為了獲得高性能硅基負(fù)極材料,本論文選取廉價的坡縷石為硅源,以石墨烯或阿拉伯樹膠為碳源,構(gòu)建多種硅碳復(fù)合材料,并研究了其構(gòu)效關(guān)系。論文的主要內(nèi)容如下:1.選取廉價易得的坡縷石為硅源,采用鎂熱還原方法成功制備得了到納米硅顆粒,并研究了原料配比(1:5-1:1)、熱處理溫度(850-1050℃)、保溫時間(4-8小時)等制備工藝參數(shù)對產(chǎn)物硅的形貌及儲鋰性能的影響規(guī)律,優(yōu)化得到最佳制備工藝。結(jié)果表明,當(dāng)坡縷石與鎂粉的質(zhì)量比為1:3,經(jīng)950℃×5...

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 前言
    1.2 鋰離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池發(fā)展史
        1.2.2 鋰離子電池組成及工作原理
        1.2.3 鋰離子電池的特點
    1.3 鋰離子電池負(fù)極材料概況
        1.3.1 碳基負(fù)極材料
        1.3.2 非碳基負(fù)極材料
    1.4 硅基負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 硅基負(fù)極材料面臨的問題
        1.4.2 硅基負(fù)極材料的性能提升策略
    1.5 本論文的研究意義、研究內(nèi)容和研究目標(biāo)
        1.5.1 本論文的研究意義
        1.5.2 本論文的研究內(nèi)容與目標(biāo)
第2章 實驗材料及表征方法
    2.1 實驗材料
        2.1.1 實驗藥品
        2.1.2 實驗設(shè)備
    2.2 材料物理表征方法
        2.2.1 掃描電子顯微鏡(FE-SEM)
        2.2.2 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.2.3 能譜分析(EDS)
        2.2.4 X射線粉末衍射儀(XRD)
        2.2.5 X射線光電子能譜儀(XPS)
        2.2.6 激光拉曼光譜(Raman)
        2.2.7 熱重分析儀(TGA)
    2.3 電化學(xué)性能測試
        2.3.1 電極制備
        2.3.2 電池組裝
        2.3.3 充放電測試
        2.3.4 循環(huán)伏安(CV)與交流阻抗(EIS)測試
第3章 坡縷石基納米硅的可控制備及工藝的優(yōu)化
    3.1 前言
    3.2 材料制備及表征
        3.2.1 坡縷石的預(yù)處理
        3.2.2 納米硅的制備
    3.3 反應(yīng)溫度對坡縷石基硅材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        3.3.1 反應(yīng)溫度對納米硅顆粒成分及形貌的影響
        3.3.3 反應(yīng)溫度對納米硅顆粒的電化學(xué)性能的影響
    3.4 反應(yīng)時間對坡縷石基硅材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        3.4.1 反應(yīng)時間對納米硅顆粒成分及形貌的影響
        3.4.2 反應(yīng)時間對納米硅顆粒電化學(xué)性能的影響
    3.5 鎂粉的添加量對坡縷石基硅材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        3.5.1 鎂粉的添加量對納米硅顆粒成分及形貌的影響
        3.5.2 鎂粉的添加量對納米硅顆粒電化學(xué)性能的影響
    3.6 本章小結(jié)
第4章 硅/石墨烯復(fù)合材料的制備及其儲鋰性能
    4.1 前言
    4.2 實驗原料的制備
        4.2.1 氧化石墨烯(GO)的制備
        4.2.2 硅/石墨烯復(fù)合材料的制備
    4.3 硅/石墨烯復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能測試
        4.3.1 GO含量對硅/石墨烯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        4.3.2 水熱溫度對硅/石墨烯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        4.3.3 碳化溫度對硅/石墨烯復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
    4.4 本章小結(jié)
第5章 硅/碳復(fù)合材料的制備及其儲鋰性能
    5.1 前言
    5.2 實驗原料的制備
    5.3 硅/碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能測試
        5.3.1 阿拉伯樹膠含量對硅/碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        5.3.2 水熱溫度對硅/碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
        5.3.3 碳化溫度對硅/碳復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果



本文編號：3831113