本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池電極中擴(kuò)散誘導(dǎo)位錯及鋰化行為的機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池的充放電循環(huán)過程本質(zhì)上是鋰離子運輸、電化學(xué)反應(yīng)和固體力學(xué)等多體系交叉的復(fù)雜問題,影響因素眾多,同時也給研究者們帶來了諸多新的反應(yīng)機(jī)理和一些難以克服的挑戰(zhàn)。為了使得鋰離子電池具有更長的循環(huán)使用壽命以及對電極粒子進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,本論文對鋰離子電池電極中擴(kuò)散誘導(dǎo)位錯和鋰化行為的機(jī)理進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。本論文的主要研究工作和成果如下:(1)研究了在不同的鋰離子擴(kuò)散能力條件下位錯的產(chǎn)生與作用機(jī)制。詳細(xì)地分析了擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力場和彈性應(yīng)變能以及位錯對其的影響。結(jié)果表明,擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力引起位錯的產(chǎn)生,反過來位錯又會部分地緩解擴(kuò)散誘導(dǎo)拉伸徑向應(yīng)力;并且,在電極表面附近,位錯將拉伸徑向應(yīng)力轉(zhuǎn)變成壓縮徑向應(yīng)力。在數(shù)值小的電化學(xué)畢渥數(shù)條件下,位錯緩解擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力的程度則更加明顯;同時,位錯應(yīng)變能對總應(yīng)變能的影響也更大。柱狀電極的半徑越小,位錯緩解擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力的程度越大。合理地對鋰離子擴(kuò)散能力、電化學(xué)畢渥數(shù)以及位錯密度的調(diào)控,以防止電極發(fā)生斷裂失效和延長鋰離子電池的循環(huán)使用壽命。(2)基于擴(kuò)散動力學(xué)和異質(zhì)外延應(yīng)變層理論,建立了在納米薄膜硅陽極材料中考慮失配位錯產(chǎn)生的模型,通過運用能量最小化的計算方法,詳細(xì)地分析了在恒流和恒壓條件下擴(kuò)散誘導(dǎo)失配位錯的產(chǎn)生與分布;分別討論了薄膜電極中的均勻應(yīng)變能和最小總應(yīng)變能。結(jié)果表明,當(dāng)鋰離子嵌入的時間與擴(kuò)散層厚度分別小于各自的臨界值時,薄膜電極中的總應(yīng)變能隨著失配位錯間距的增大而單調(diào)遞減;此時,擴(kuò)散層中無失配位錯產(chǎn)生;相比于在恒流條件下的失配位錯形核時間,在恒壓條件下,失配位錯形核時間更短且速度更快;從薄膜電極表面到某一擴(kuò)散層厚度之間的位錯密度遠(yuǎn)低于這一區(qū)域以下的位錯密度。合理地調(diào)控薄膜電極的充電參數(shù)和失配位錯密度的分布以松弛電極內(nèi)部應(yīng)變和緩解內(nèi)部應(yīng)力場,從而提高鋰離子電池的持續(xù)性。(3)根據(jù)彈塑性變形理論,建立了兩個鋰化前端并發(fā)的運動和鋰化引起體積膨脹效應(yīng)的鋰化相變模型。通過理論計算,分析了鋰化誘導(dǎo)應(yīng)力場對鋰化驅(qū)動力的貢獻(xiàn);討論了在不同的非晶硅殼尺寸條件下與應(yīng)力有關(guān)的鋰化驅(qū)動力;預(yù)測了非晶硅和碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的斷裂與脫結(jié)失效。結(jié)果表明,在未被鋰化硅殼中,切向和軸向應(yīng)力遠(yuǎn)低于在被鋰化硅殼中的切向和軸向應(yīng)力;相比于朝向空心硅納米線外部運動的鋰化前端上的鋰化反應(yīng)阻力,朝向空心硅納米線內(nèi)部運動的鋰化前端上的鋰化反應(yīng)阻力更小,納米線外表面處所形成的鋰化層更厚;空心硅納米線的外半徑越小,兩個鋰化前端上的鋰化反應(yīng)阻力均越小。研究結(jié)果可為避免電極發(fā)生斷裂和脫結(jié)失效以及延長鋰離子電池陽極的循環(huán)使用壽命提供理論的支持,同時為電極的優(yōu)化設(shè)計提供了一些基本的指導(dǎo)。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力 位錯誘導(dǎo)應(yīng)力 彈性應(yīng)變能 三明治鋰化 鋰化前端 鋰化驅(qū)動力 能量釋放率
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景和意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述13-19
• 1.2.1 擴(kuò)散動力學(xué)的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 鋰化動力學(xué)的研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點19-21
• 第2章 受位錯機(jī)制影響的擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力和應(yīng)變能研究21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 問題的描述和基本公式21-27
• 2.3 結(jié)果與討論27-34
• 2.3.1 鋰離子濃度分布27-28
• 2.3.2 應(yīng)力場分析28-32
• 2.3.3 彈性應(yīng)變能分析32-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第3章 擴(kuò)散誘導(dǎo)失配位錯的產(chǎn)生與分布研究35-49
• 3.1 引言35-36
• 3.2 問題的描述和基本公式36-40
• 3.2.1 恒流條件下的鋰離子擴(kuò)散38-39
• 3.2.2 恒壓條件下的鋰離子擴(kuò)散39-40
• 3.3 結(jié)果與討論40-47
• 3.3.1 鋰離子濃度分布40-41
• 3.3.2 彈性應(yīng)變能分析41-44
• 3.3.3 平衡失配位錯間距和密度分析44-46
• 3.3.4 最小應(yīng)變能與均勻應(yīng)變能分析46-47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第4章 非晶硅與碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的三明治鋰化機(jī)制研究49-65
• 4.1 引言49-50
• 4.2 問題的描述和基本公式50-58
• 4.3 結(jié)果與討論58-64
• 4.3.1 鋰化應(yīng)力場分布59-60
• 4.3.2 與應(yīng)力有關(guān)的鋰化驅(qū)動力分析60-63
• 4.3.3 斷裂與脫結(jié)失效分析63-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 總結(jié)與展望65-68
• 參考文獻(xiàn)68-83
• 致謝83-84
• 附錄A 碩士期間所完成的學(xué)術(shù)論文84

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 葉永紅,張家雨,顧培夫,唐晉發(fā);電致變色氧化鎢薄膜的干法鋰化研究[J];太陽能學(xué)報;1998年04期

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1 李向東;鋰離子電池電極中擴(kuò)散誘導(dǎo)位錯及鋰化行為的機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2016年

2 孫春霞;選擇性鋰化法合成吡啶及其它雜芳基三氟甲基酮化合物[D];鄭州大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池電極中擴(kuò)散誘導(dǎo)位錯及鋰化行為的機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：429211