由于硅材料具有高達(dá)4200 mAh g-1的理論比容量,成為最有希望代替石墨(372 mAh g-1)的新一代鋰離子電池負(fù)極材料。然而硅負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性極差,這是因?yàn)樵诿?嵌鋰過程中巨大的體積膨脹(>300%)會導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)的破碎。此外,其低的固有電導(dǎo)率(10-3 S/cm)阻礙了充/放電過程的電化學(xué)動力學(xué),從而影響了倍率性能的提高,阻礙了硅負(fù)極材料在實(shí)際中的應(yīng)用。通過構(gòu)建Si-M(M=Mg、Cr、C等)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料,不僅能提高硅材料的電子電導(dǎo)率,而且第二相的延展性或疏松特性能夠緩沖體積膨脹。本文以銀薄膜作為修飾層,用磁控濺射法制備了Si-Ag薄膜,并探究了銀薄膜的引入對硅基負(fù)極材料性能的影響,在此基礎(chǔ)上取得了以下主要創(chuàng)新成果:1.通過磁控濺射技術(shù),以銅箔作為集流體,制備了 Si/Cu、Ag/Si/Cu、Si/Ag/Si/Cu和Si/Ag/Cu四種結(jié)構(gòu)薄膜材料,并探究了何種結(jié)構(gòu)循環(huán)性能最優(yōu)。研究表明,銀薄膜作為嵌入層時(Si/Ag/Si/Cu結(jié)構(gòu))不僅表現(xiàn)出最高的面積比容量和最優(yōu)的循環(huán)穩(wěn)定性(充放電的電流密度為65.2 μAcm-2的條件下,150次循環(huán)后,面積比容量為111...

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池硅基負(fù)極材料研究進(jìn)展
        1.2.1 硅基負(fù)極材料電解液、添加劑等的改進(jìn)
        1.2.2 硅基負(fù)極材料集流體的改性
        1.2.3 微納結(jié)構(gòu)硅基負(fù)極材料
    1.4 本論文的主要研究內(nèi)容
    1.5 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)
第二章 樣品制備和表征儀器
    2.1 超高真空磁控設(shè)備簡介
    2.2 形貌與物相分析
        2.2.1 掃描電子顯微鏡
        2.2.2 拉曼光譜儀
        2.2.3 X-射線光電子能譜儀
    2.3 手套箱簡介
    2.4 扣式電池的組裝與測試
        2.4.1 扣式電池的組裝
        2.4.2 電化學(xué)工作站
        2.4.3 電池測試儀
第三章 不同結(jié)構(gòu)Si-Ag薄膜負(fù)極材料的制備及性能表征
    3.1 引言
    3.2 非晶硅和銀薄膜的生長參數(shù)
    3.3 非晶硅薄膜負(fù)極材料的厚度效應(yīng)
    3.4 不同結(jié)構(gòu)Si-Ag薄膜的形貌與物相分析
    3.5 不同結(jié)構(gòu)Si-Ag薄膜負(fù)極的電化學(xué)性能研究
    3.6 本章小結(jié)
第四章 Ag薄膜的厚度對電化學(xué)性能的影響
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)方法與參數(shù)
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.3.1 Ag薄膜厚度對Si/Ag/Si薄膜負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性的影響
        4.3.2 鋰離子擴(kuò)散系數(shù)
        4.3.3 機(jī)理分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 多層Si/Ag/Si薄膜負(fù)極材料的退火性能研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        5.3.1 元素分析
        5.3.2 退火溫度對多層Si/Ag/Si薄膜負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響
        5.3.3 失效機(jī)理分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本論文的主要結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄 攻讀碩士期間獲得的成果和獎勵
致謝



本文編號：3989186