發(fā)展輕質(zhì)量并且續(xù)航持久的鋰離子電池對于許多關(guān)鍵應(yīng)用如混合動力汽車、電動車、節(jié)能貨船、機車等至關(guān)重要。提高鋰離子電池負極的理論容量是一種非常有效的手段,不僅能夠降低電池的重量,減小電池的體積,還能控制生產(chǎn)成本。硅材料能夠與鋰金屬形成合金相Li4.4Si,所形成的合金相的理論容量達4200m Ah/g,遠遠高于商業(yè)化的碳基負極材料的理論比容量（石墨:372 m Ah/g）。然而硅材料極低的導(dǎo)電率及在充放電過程中出現(xiàn)的巨大體積增長（>300%）對其電化學(xué)性能造成了巨大的影響。硅顆粒劇烈的體積變化使其在充放電過程中粉化,與集流體失去電接觸,此過程往往伴隨著固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜）的不斷破裂與形成,從而影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性。通過摻雜及包覆等手段能改善材料的導(dǎo)電性,此外,導(dǎo)電包覆層也能在一定程度抑制體積變化,實現(xiàn)電化學(xué)性能的提升;固體電解質(zhì)界面膜對材料的循環(huán)性能有重要影響,因此對于SEI膜的研究也必不可少。本文采用廉價的原材料,簡便的制備方法來合成納米結(jié)構(gòu)磷摻雜硅/石墨復(fù)合負極材料,并對硅材料尺寸效應(yīng)對于SEI膜的影響進行了研究。具體內(nèi)容如下:（1）采用價格低廉的微米硅為原材料,通過兩步... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所)浙江省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

各種鋰離子電池結(jié)構(gòu)

圖 1.2 鋰離子電池工作原理示意圖[38]Figure 1.2 Schematic illustration of the Li-ion battery.鋰離子硅基負極材料研究進展現(xiàn)在商場上主流的的負極材料一般為石墨電極，372 mAh/g 的理論容量限進一步的發(fā)展。硅的理論容量為 4200 mAh/g，相當(dāng)于商業(yè)化石墨負極的其放電平臺為 0.2 V（vs Li/Li+），如此低的放電平臺能夠使全電池具有更量密度。同時，硅還具有儲量豐富，環(huán)境友好的特點[27, 39-41]。廉價的硅材可能取代石墨類材料成為下一代的鋰電負極材料。但是硅材料想要實現(xiàn)商面臨著許多的挑戰(zhàn)。首先，硅在充放電過程中存在巨大的體積膨脹/收300%），如此巨大的體積變化將會導(dǎo)致材料表面的 SEI 膜不斷的破裂和重本體的粉化以及較差的電化學(xué)性能。此外，硅材料本身導(dǎo)電性低（10-3S/cm

第一章 緒論化、實現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)性能。.1 納米硅材料備受關(guān)注的納米材料相比較體相材料具有獨特的優(yōu)勢：（1）納米化的材料具受巨大應(yīng)力應(yīng)變的能力，因此，能一定程度抑制鋰離子在嵌入與脫出過程的的體積膨脹；（2）高的比表面積能夠縮短電子和鋰離子遷移的距離，實現(xiàn)快嵌鋰和脫鋰，減小循環(huán)過程中的極化以及提高倍率性能[56-58]。當(dāng)納米硅顆粒減小到 150 nm 以下時能有效的抑制體積變化導(dǎo)致的粉化現(xiàn)象圖 1.3 所示），但是體積變化問題仍然存在，因此，納米硅還是存在從集流剝落的現(xiàn)象，同時 SEI 膜也會在不斷的體積變化過程中破裂和重新生成，這要對納米硅基材料進行修飾，其中最主要的方法是使用碳材料導(dǎo)電矩陣進行[59]。


本文編號：3519096