【摘要】：鋰離子電池(Lithium ion Batteries,LIBs)具有高能量密度、無記憶效應(yīng)、高容量性能等優(yōu)點,在電動汽車、電子設(shè)備等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。商業(yè)鋰離子電池大多使用石墨負極,其理論容量只有372 m A·h/g,不能滿足日益增長的需求。硅材料理論比容量高(4200 m A·h/g),是替代石墨的理想負極材料。目前主要采用涂覆法,即將導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑與硅顆�；旌现苯油扛苍诩黧w表面實現(xiàn)硅負極的結(jié)構(gòu)化。采用涂覆法,硅顆粒與集流體的結(jié)合力較弱,多次充放電循環(huán)中,由于硅顆粒的體積多次膨脹和收縮,導(dǎo)致其粉化破碎與集流體脫落,容量迅速衰減。同時,導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑的添加降低了硅顆粒的負載量,阻礙了硅電極的實際應(yīng)用。本文采用激光熔注方法,使用高功率光纖激光掃描金屬鎳集流體表面形成熔池,同時向熔池內(nèi)注入硅顆粒,隨著熔注層的快速凝固,未熔化的硅顆粒保留在金屬鎳表面,實現(xiàn)硅電極的制造。通過ANSYS模擬,獲得激光重熔過程中溫度場及熔池熔深、熔寬和激光掃描方向節(jié)點的溫度時變規(guī)律。通過對激光功率、掃描速度、離焦量等工藝參數(shù)的研究,獲得了優(yōu)化的熔注層熔深為0.37 mm、熔寬為2.58 mm,激光輻照下熔池拖尾長度可以達到1.42 mm。并通過常規(guī)75μm粒徑硅顆粒的注入驗證了此熔注層適合激光熔注。通過設(shè)計氣霧化振動送粉裝置實現(xiàn)了粒徑5μm硅顆粒送出,并利用此送粉裝置進行激光熔注實現(xiàn)了硅顆粒沉積在鎳基底表層的制備。研究結(jié)果表明:采用激光熔注的方法可以實現(xiàn)硅顆粒與金屬鎳基底的冶金結(jié)合,為鋰離子電池硅負極的制造提供了新思路。
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912

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本文編號：2612136