硅材料的理論比容量高達(dá)4200mAh/g,是一種非常有應(yīng)用前景的鋰離子電池負(fù)極材料。但是在嵌/脫鋰過程中巨大的體積變化,是限制硅材料使用的主要因素。目前充/放電體積變化率較�。�<20%）的低比容量（<450mAh/g）的硅/碳復(fù)合材料已經(jīng)逐漸被商業(yè)化應(yīng)用;高比容量的硅/碳復(fù)合材料（>650mAh/g）仍然面臨著嵌/脫鋰過程中體積變化較大的問題。本論文通過使用高效粘結(jié)劑和造孔添加劑來改善高比容量硅碳負(fù)極在循環(huán)過程中較大的體積變化問題,提高循環(huán)過程中電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。使用SEM、XRD、MIP、剝離強度測試、流變儀測試等方法分析電極的孔隙結(jié)構(gòu)、形貌、組成以及漿料的成漿性能,通過充放電測試研究孔隙率、孔徑大小及分布對高比容量硅碳負(fù)極電化學(xué)性能的影響。研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:（1）將綜合機械性能優(yōu)良的PI粘結(jié)劑應(yīng)用到高比容量的硅/碳負(fù)極材料電極中:研究了熱處理溫度對PI粘結(jié)劑的影響,經(jīng)過250℃環(huán)化溫度處理后,電極的粘結(jié)強度從140N/m提升到200N/m,提升率為42.8%;與使用PVDF和CMC/SBR/PAA粘結(jié)劑的電極電化學(xué)性能進(jìn)行對比,使用PI粘結(jié)劑的電極循環(huán)5... 

【文章來源】：北京有色金屬研究總院北京市

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

銼離子電池的組成(41

?、??圖ｌ．ｉ鋰離子電池的組成［４］??鋰離子電池的工作原理如圖１．２所示［５］。正極材料一般是含有鋰離子的復(fù)合材料，??充電時，鋰離子從正極中脫出進(jìn)入電解液，隨后鋰離子穿過隔膜的微孔后進(jìn)入負(fù)極；??負(fù)極材料一般是可以接收鋰離子的材料，放電時，鋰離子從負(fù)極中脫出進(jìn)入電解液，??穿過隔膜的微孔后進(jìn)入正極［６］。??１??

不斷形颮Ｅｌ胲?＃?￣＾?？??圖１．３硅基負(fù)極材料體積變化的影響??１．３．２硅基材料的嵌脫鋰機理??娃與其他金屬（如Ｓｎ、Ｍｇ、Ｇｅ等）的嵌／脫鋰機理一樣，在充放電過程中會發(fā)??生非晶態(tài)和晶態(tài)的轉(zhuǎn)變［２２］。圖１．４是硅基材料嵌脫鋰曲線圖（上為４５０°Ｃ理論電壓曲??線；下為室溫嵌脫鋰曲線），在首次嵌鋰過程中，硅和鋰發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了不同??形式的非晶態(tài)ＬｉｘＳｉｙ合金，在室溫下，硅的首次鋰化曲線在０．１Ｖ左右呈現(xiàn)一個長電??壓平臺，對應(yīng)著ＬｉｘＳｉｙ合金轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)Ｌｉ１５Ｓｉ４的過程，在此過程屮電極產(chǎn)生較大的體??積膨脹｜２３１。這種體積膨脹破壞了電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，導(dǎo)致電池的循環(huán)性能迅速下降。??１．１－Ｊ??１ｊＯ－?１??ｌ??？?＼??＾?＼?Ｒｏｏｍ?ｌ？ｍｐｅｉａｔｕ？ｅ．?ｄｅｌｉｆｔｉｉａｌｉｏｉｉ??￡?〇ｊＳ?：?４５０〇＼．??ｇ?０－５?；?ＩＫｈｉａｔｉｏｎ?＾??Ｍ＼?ＳＩ＾ＵａＳＡｒ?＾??§?〇ｊ?：???［ＵｗＳ＾ＵｍＳＫｓ?＼??？－２?－ｊ?ｉＪｌ?Ｉ?ＵｗＳＮ？Ｕ？Ｓｌｉ?＼????＾?丨卜??１?Ｒｏｏｍ?ｌｅｍｐｅｒａｔｕｒ＃，?ｕｍｉａｔｌｏｉｉ??０?１?２?３?３?４?｜??ｘ?ｉｎ?ＵｘＳｉ?＾??圖１

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]鋰離子動力電池性能及其仿真研究[D]. 靳尉仁.北京有色金屬研究總院 2011
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碩士論文
[1]高性能聚酰亞胺粘結(jié)劑在鋰離子電池硅負(fù)極中的研究[D]. 朱麗.江西師范大學(xué) 2016
[2]鋰離子電池電極表征方法應(yīng)用研究[D]. 李志.復(fù)旦大學(xué) 2014
[3]鋰離子電池硅負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性的研究[D]. 高翠花.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010



本文編號：3389572