硅在室溫下具有3578 mAh g-1的理論比容量（形成Li15Si4）和合適的工作電壓（～0.4 V）,是最有希望取代傳統(tǒng)石墨電極的負極材料。然而,在脫嵌鋰過程中,硅材料巨大的體積膨脹導致電極粉碎,而低的電導率（10-5-10-3 S cm-1）和Li+擴散速率（10-14-10-13 cm2 s-1）導致差的電荷傳輸能力,因此硅材料的循環(huán)和倍率性能較差。納米多孔框架材料能夠有效緩解硅巨大的體積膨脹,增加與電解液接觸面積,因而能有效的改善硅的儲鋰性能。同時引入金屬,硅-金屬具有高的振實密度和面容量;金屬能夠減少固體電解質界面（SEI膜）和其它不可逆反應的發(fā)生;金屬組分充當阻擋層有效限制硅材料完全鋰化形成結晶Li15Si4。多孔材料和硅-金屬二元材料已經被廣泛研究,然而這兩類材料仍然存在問題:（1）高度多孔的框架材料較難合成;（2）金屬不能均勻分布在硅上。針對上述問題,本論文提出雙網絡凝膠鎂熱還原路線制備硅和硅-金屬框架材料的新思路,制備出高度多孔硅框架材料和高度均勻分布硅-金屬框架材料,主要研究工作如下:（1）通過水解-聚合反應制備出一體化SiO2/MgO雙網絡凝膠,進一步通過鎂熱還... 

【文章來源】：南京師范大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２Ｓｉ－Ｌｉ合金的相圖

效率為６０％，?１０?ｎｍ的硅納米晶首次放電容量為４２１０?ｍＡｈ?ｇ－１，庫侖效率為８０％，??繼續(xù)增大納米晶的的直徑（２０?ｎｍ），放電容量為４０８０?ｍＡｈ?ｇ－１，庫侖效率為８５％，??圖１．４表明，１０?ｎｍ以下的硅納米晶庫侖效率和容量保持率較高，與之相反的是??２０?ｎｍ的納米硅則表現(xiàn)出低的容量保持率，結果表明硅納米晶直徑低于一個臨界??值時（１０ｎｍ），硅所遭受的機械應力較低，不會因為多次的脫嵌鋰導致電極粉化??［１２６］〇??５??

結構通常具有較大的比表面積，存在著首圈庫侖效率低的問題。針對這個問題，??他們以天然粘土（ＨＰＳＦ）為前驅體（這種粘土含有氧化鎂和氫氧化鎂）。經過鎂??熱還原后，成功制備了具有分級多孔（大孔和介孔）的多孔Ｓｉ?（圖１．５）。與以前??報道的多孔Ｓｉ不同，這種分級多孔Ｓｉ具有超高的首圈庫侖效率（＞９２％）。在??０．６?Ａ?ｇ－１的電流密度下經過１００圈循環(huán)，ＨＰＳＦ和ＨＰＳＦ＠Ｃ的容量保持率分別為??８９．１％和９４．６％。與之相反的是，純娃顆粒在１００圈循環(huán)之后發(fā)生嚴重的容量衰??減（圖１．６）。這種分級多孔結構表現(xiàn)出出色的電化學性能，為科研工作者繼續(xù)探??索多孔硅提供了一個良好的思路［１３Ｇ］。??６??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]A scalable synthesis of silicon nanoparticles as high-performance anode material for lithium-ion batteries[J]. Jin Li,Juan-Yu Yang,Jian-Tao Wang,Shi-Gang Lu.  Rare Metals. 2019(03)
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本文編號：3509037