本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池硅碳負(fù)極材料制備與性能表征

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【摘要】：鋰離子電池是迅速發(fā)展起來(lái)的新型高能二次電池,主要是其具有諸多優(yōu)點(diǎn),隨著在便攜電子設(shè)備和動(dòng)力汽車等方面應(yīng)用的迅速發(fā)展,迫切需要研發(fā)更高的能量密度,更長(zhǎng)的循環(huán)壽命及更低的制備成本的鋰離子電池,其中能量密度是一個(gè)關(guān)鍵因素。電池的總體質(zhì)量與正負(fù)極材料的容量緊密相關(guān),目前正極材料,比容量均不超過(guò)374 mAh/g,這意味著提高整體電池的容量,我們必須將目光聚集到負(fù)極材料中。Si因其超高的理論比容量(3579mAh/g Li15Si4),低的嵌鋰電位(小于0.5V Li/Li+),以及環(huán)保、儲(chǔ)量豐富等備受關(guān)注,被認(rèn)為下一代高性能鋰離子電池負(fù)極材料。然而在嵌鋰的過(guò)程中Si會(huì)形成有Li22Si4合金相,并伴有巨大的體積膨脹(400%),該過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力造成材料坍塌、電極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定從而引起電化學(xué)性能下降,除此之外硅是半導(dǎo)體,電導(dǎo)率較低也會(huì)影響性能。解決該問(wèn)題的主要方法有:對(duì)電池材料的改性,電解液的改進(jìn)和對(duì)電極結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化等。大量的研究主要集中在對(duì)電極材料的研究,改進(jìn)的方法主要是減小硅材料的尺寸將其納米化,添加緩沖物質(zhì)制備復(fù)合材料或是選用多孔結(jié)構(gòu)的材料。其中多孔材料因其本身的特殊結(jié)構(gòu),擁有空間可緩沖體積效應(yīng),從而獲得長(zhǎng)的循環(huán)壽命。本論文從硅碳復(fù)合材料的相關(guān)研究開(kāi)始,接著探究多孔硅碳復(fù)合材料,包括多孔硅碳復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備,多孔材料的調(diào)制及在多孔結(jié)構(gòu)中引用不同的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)來(lái)穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)等,主要研究工作如下:1.硅碳復(fù)合材料的相關(guān)研究在該部分主要包括:1)硅碳復(fù)合材料的原料的篩選。2)材料性能的表征和電化學(xué)測(cè)試方法,包括幾種表征材料的儀器和在電池測(cè)試中常用的方法介紹。3)原始材料進(jìn)行篩選,包括硅源、有機(jī)碳源的篩選并探究氧化處理對(duì)硅粉性能的影響。2.多孔硅碳復(fù)合材料通過(guò)提前預(yù)埋SiO2站位,并在后續(xù)過(guò)程中經(jīng)HF刻蝕除去,在硅碳復(fù)合物中獲得孔洞,從而制備多孔硅碳復(fù)合材料。將硅粉,蔗糖,炭黑,二氧化硅制成漿料并通過(guò)噴霧干燥的方法制備球形顆粒,再經(jīng)高溫處理,刻蝕最終獲得設(shè)計(jì)的復(fù)合材料。由于多孔結(jié)構(gòu)比表面積較大所以會(huì)需要較多的粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑,本論文嘗試在按照常規(guī)8:1:1的比例不變的情況下,考察研究引入不同的導(dǎo)電劑(包括0維,1維,2維)對(duì)電池性能的影響。研究證明添加適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電劑VGCF和RGO可以很好的解決由于比表面積較大造成極片不穩(wěn)定的問(wèn)題。VGCF和RGO通過(guò)橋接顆粒,增加導(dǎo)電性的同時(shí)增加了多孔硅碳復(fù)合材料電池極片的穩(wěn)定性,此外多孔結(jié)構(gòu)由于其特殊的結(jié)構(gòu)在硅體積膨脹中有空間可以來(lái)容忍其體積膨脹,減小了體積效應(yīng)。3.通過(guò)預(yù)埋不同尺寸的二氧化硅顆粒,從而制備出具有不同尺寸孔洞的多孔硅碳復(fù)合材料。研究結(jié)果表明孔洞的尺寸越小電池的電化學(xué)性能越好,主要的原因是較小的孔洞可以均勻的分散在硅顆粒附近,留有足夠的空間開(kāi)容忍硅的體積膨脹。
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912

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本文編號(hào)：1198272