鋰離子電池具有高的能量密度和良好的循環(huán)性能,被認為是最有潛力的混合動力或電動交通工具的能源存儲設(shè)備。在鋰離子電池的負極材料中,硅具有最高的理論比容量（高溫時嵌鋰形成Li22Si5,比容量可達4200 mAh·g-1;常溫時嵌鋰形成Li15Si4,比容量可達3579 mAh·g-1）和較低的脫鋰電位（<0.5 V vs Li+/Li）,充電時難引起表面析鋰,安全性能較好。然而,硅自身的導(dǎo)電率較低,而且在電化學(xué)循環(huán)過程中,鋰離子的脫嵌使電極材料發(fā)生巨大的體積變化（>300%）,造成結(jié)構(gòu)坍塌,電極材料粉化,導(dǎo)致電池循環(huán)性能大大降低。另外,這種體積效應(yīng)使得硅電極無法形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面（SEI）膜,加劇了電極材料的腐蝕和電池容量的衰減。為了提高硅基負極材料在循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,通常將硅材料進行納米化和復(fù)合化。本論文在總結(jié)了相關(guān)研究進展的基礎(chǔ)上,采用碳熱法制備石墨烯基碳/硅復(fù)合材料,探索了不同復(fù)合材料的制備工藝條件。運用粉末X-射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、拉曼光譜（Raman）、X射線光電子能譜（XPS）和比表面積（BET）測試等手... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：118 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
作者簡介
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 鋰離子電池技術(shù)
        1.1.1 鋰離子電池的工作原理
        1.1.2 鋰離子電池的組成及類型
    1.2 鋰離子電池負極材料
        1.2.1 金屬鋰
        1.2.2 碳材料
        1.2.3 合金材料
        1.2.4 金屬氧化物
        1.2.5 鈦酸鋰
    1.3 硅負極材料
        1.3.1 硅薄膜、硅納米顆粒
        1.3.2 硅納米線
        1.3.3 多孔硅
        1.3.4 硅-金屬復(fù)合材料
    1.4 硅碳復(fù)合負極材料的制備
        1.4.1 氣相沉積
        1.4.2 高溫固相合成
        1.4.3 機械合金化
        1.4.4 靜電電紡
    1.5 硅碳復(fù)合負極材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能
        1.5.1 納米線型Si/C
        1.5.2 核殼型Si/C
        1.5.3 摻雜型Si/C
    1.6 選題背景和研究方法
        1.6.1 本論文的選題背景
        1.6.2 本論文的研究方法
        1.6.3 本論文的創(chuàng)新點
第二章 實驗器材與方法
    2.1 實驗試劑及儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器
    2.2 樣品制備方法
        2.2.1 石墨烯基碳材料的制備
        2.2.2 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的制備
        2.2.3 中空的石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的制備
        2.2.4 石墨烯基碳包覆納米多孔硅復(fù)合材料的制備
        2.2.5 電池組裝
    2.3 樣品表征
        2.3.1 熱重分析（TG）測試
        2.3.2 比表面（BET）測試
        2.3.3 X射線粉末衍射（XRD）測試
        2.3.4 掃描電子顯微鏡（SEM）測試
        2.3.5 透射電子顯微鏡（TEM）測試
        2.3.6 拉曼光譜（Raman）測試
        2.3.7 X射線光電子能譜（XPS）測試
    2.4 樣品電化學(xué)性能測試
        2.4.1 恒電流充放電性能測試
        2.4.2 循環(huán)伏安測試
        2.4.3 交流阻抗測試
    2.5 本章小結(jié)
第三章 石墨烯基碳的制備及電化學(xué)性能研究
    3.1 引言
    3.2 石墨烯基碳的制備
    3.3 石墨烯基碳的結(jié)構(gòu)表征
        3.3.1 石墨烯基碳的結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 石墨烯基碳的比表面和形貌分析
    3.4 石墨烯基碳的電化學(xué)性能
    3.5 本章小結(jié)
第四章 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究
    4.1 引言
    4.2 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的制備
    4.3 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的制備工藝條件探索
        4.3.1 碳化溫度的研究
        4.3.2 碳化時間的研究
        4.3.3 Si和LPAN比例的研究
    4.4 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征
        4.4.1 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析
        4.4.2 復(fù)合材料的形貌分析
    4.5 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的電化學(xué)性能
        4.5.1 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的充放電性能分析
        4.5.2 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的循環(huán)伏安測試
        4.5.3 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的交流阻抗測試
        4.5.4 石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的脫嵌鋰機理分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 中空的石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究
    5.1 引言
    5.2 中空的石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的制備
    5.3 中空的石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料的制備工藝條件探索
        5.3.1 正硅酸乙酯（TEOS）加入量的研究
        5.3.2 碳前驅(qū)體的選擇研究
        5.3.3 LPAN加入量的研究
        5.3.4 介質(zhì)及混和方式（包覆LPAN過程）的研究
        5.3.5 截止電壓對復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響
    5.4 中空的石墨烯基碳包覆納米硅復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能
        5.4.1 復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)分析
        5.4.2 復(fù)合材料的電化學(xué)性能
        5.4.3 復(fù)合材料的脫嵌鋰機理分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 石墨烯基碳包覆納米多孔硅復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究
    6.1 引言
    6.2 石墨烯基碳包覆納米多孔硅復(fù)合材料的制備
    6.3 石墨烯基碳包覆納米多孔硅復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能
        6.3.1 制備工藝條件探索及結(jié)構(gòu)特征
        6.3.2 石墨烯基碳包覆多孔硅復(fù)合材料的電化學(xué)性能
        6.3.3 石墨烯基碳包覆多孔硅復(fù)合材料的脫嵌鋰機理分析
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
致謝
參考文獻


【參考文獻】：
期刊論文
[1]不同氣氛下裂解含苯環(huán)聚硅氧烷制備鋰離子電池Si-O-C復(fù)合負極材料的電池性能研究[J]. 劉相,謝凱,鄭春滿,王軍.  物理學(xué)報. 2011(11)
[2]新型碳材料——石墨烯的制備及其在電化學(xué)中的應(yīng)用[J]. 黃海平,朱俊杰.  分析化學(xué). 2011(07)



本文編號：3016426