【摘要】：硅基負極材料因具有理論比容量高(4200 mAh g-1)、儲量豐富等優(yōu)點而被認為是最有潛力的鋰離子電池負極材料。但是,硅基材料在鋰離子的嵌入和脫出過程中會產(chǎn)生巨大的體積膨脹(300%),導致材料的破碎與粉化,最終導致電極材料的破壞,這就造成了硅負極循環(huán)性能的惡化。將具有高導電率的碳材料或者比表面積高以及電導率和機械性能優(yōu)異的石墨烯材料與硅材料進行復合是有效的改性方法。本文兼顧工藝成本和難度,設(shè)計并制備儲鋰容量高、循環(huán)性能好的硅/碳復合材料用作鋰離子電池負極材料。研究內(nèi)容主要包括以下2個方面:(1)“多孔、嵌入、包覆”型硅/多孔碳纖維復合材料的制備及性能研究。通過靜電紡絲和后期退火的方法制備硅/碳多孔復合納米纖維,接著進行一步電沉積工藝對其包覆還原氧化石墨烯(rGO)薄膜,制備出高性能石墨烯包覆硅/多孔碳纖維負極材料。其電化學性能優(yōu)異:前三圈充電曲線高度重合,可逆性優(yōu)異;在0.2 Ag-1的電流密度下,循環(huán)50次可逆容量可達1851.3 mAhg-1,庫倫效率為97.5%,循環(huán)性能十分穩(wěn)定;在0.53 Ag-1的高倍率下,循環(huán)300次,可逆容量可達1217.8 mAhg-1,庫倫效率可達99%。(2)“多重包覆”型硅/碳負極材料的制備及性能研究。通過對Si納米顆粒進行包覆碳層,并通過原位聚合方法將其嵌入至聚苯胺構(gòu)成的三維導電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中并加以高溫碳化,制備出雙重包覆的碳硅復合材料(Si@C@PC)。同時還以泡沫鎳為載體,使Si@C@PC在泡沫鎳上原位包覆形成Si@C@PC-Ni,并對Si@C@PC-Ni進行電沉積石墨烯,形成有石墨烯保護層的三維Si@C@PC-Ni@rGO。Si@C@PC電極材料在0.5 Ag-1的電流密度下,充放電370圈后充/放電容量為1937.2/1965.4 mAh g-1,相比于第二圈,容量保持率約為90%。與Si@C@PC-Ni相比,Si@C@PC-Ni@rGO材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更加優(yōu)異,具有更高的容量保持率。
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912
【圖文】：

，．．．位范圍內(nèi)的可逆容量最高只能達到１６０邋ｍＡｈ邋ｇ＇目前，研宄者們嘗試使用改性方法比如包覆、摻雜等方法以使ＬｉＣ0０２具有良好的電化學性能Ｗ。逡逑ＬｉＭｎ２0４正極材料的主要優(yōu)點是：Ｍｎ的來源廣泛、成本低廉、安全性高、逡逑回收。缺點是：理論容量不高，在充放電過程中發(fā)生的容量損失大。Ｊａｈｎ－Ｔｅｌｌ應(yīng)是引發(fā)錳酸鋰容量損失的關(guān)鍵因素［９］。通過對反應(yīng)過程中過活性材料表面結(jié)構(gòu)和元素價態(tài)的變化進行研究。Ａｍｏｓｄ等研究了歧化反應(yīng)過程中ＬｉｘＭｎ２Ｍｎ元素的價態(tài)變化情況，ＬＭＯ有很薄的Ｍｎ２Ｔ［Ｍｎ２３＋］0４（Ｍｎ３0４）表面相的，而下表層的Ｌｉ１＋ｘ［Ｍｎ２；ｌ0４相和體相Ｌｉ［Ｍｎ２］０４仍然保持不變（圖１．２）邋［ＩＱ］。部分金屬摻雜可提高ＬｉＭｎ２0４薄膜的循環(huán)性能。Ｐ．邋Ａｘｍａｎｎ通過摻雜Ｎｉ［１１１，逡逑正文等通過在ＬｉＭｍＣＵ中加入Ｚｒ０２［１２］，所準備的正極材料都具有優(yōu)異的容率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性。逡逑

氣凝膠中［１４】。在此復合物中，選用的面取向（0１0）的�。蹋椋疲澹�0４納米片具有較逡逑大的表面積，因此具有很多活性位點，并縮短了邋Ｌｉ＋的擴散的距離，氮摻雜的石逡逑墨烯氣凝膠也促進了電子離子運輸，因此具有突出的性能（圖１．３）。逡逑（ａ）８，邐邋（ｂ）邋１0５．邐逡逑３邐Ｐｓｅｕｄｏ－邐＾－ＬＦＰ＠Ｎ－ＧＡ逡逑＿邐—ＬＦＰ＠Ｎ－ＧＡ邋，邐＼邋１６８邋ｍＶ，邐ｆｌＯ４邋ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ逡逑§0ＬＦＰ／ｃ邋ＩＵ邋－邋Ｉ：；邐？逡逑（ｊ邐｜２５２ｍＶ＾邐￥邋ｊＱ１邋Ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ逡逑？４邐１邐＾邐ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ邐Ｆｕｅｌ邋ｃｅＭ逡逑２：８邐３：２邐３＾６邐４；０＾邐１Ｓ0ｆ邐１０＃邐１0＇邐１０ｓ邐１０５逡逑，ｔ邐Ｖｏｌｔａｇｅ邋（Ｖ邋ｋｓ．邋Ｌｉ＊／Ｕ）邐．邋．．邋Ｅｎｅｒｇｙ邋ｄｅｎｓｉｔｙ邋（Ｗｈ／ｋｇ）逡逑（ｃ）邋邐：邐邋（ｄ）邋邐逡逑１８邋＂Ｔ邋ＬＦＰ＠Ｎ－ＧＡ邐—＞邋１６（＾０邋５邋６００邋．邐－？－ＬＦＰ＠Ｎ－ＧＡ逡逑３邐邐＝＊１．0１邋１２0Ｓ邋Ｉ邐？Ｘ邋＾ＬＦ0Ｐ／ｃｅｒＣｉａ，逡逑桯邋Ｋ邐Ｊ邋．ｏｔｉ＾ｏｏ邐、卜邋ａ、逡逑0邐Ｔ邋６００邋１Ｍ０邋１８００邋ｖ邐＾邋Ｃ邐灰邋？逡逑0邋邐ｉｂｉｉ邐邋0邋￥邋ｉ逡逑Ｌ邐」爸！邋ｎ邐邐邐

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本文編號：2729413