本文關(guān)鍵詞：高容量鋰離子電池硅碳復(fù)合負(fù)極材料的制備與性能

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【摘要】：本文以納米硅為硅源,結(jié)合碳材料優(yōu)異的導(dǎo)電、體積穩(wěn)定性制備Si/C復(fù)合材料,研究了不同碳材料和硅復(fù)合后形成負(fù)極材料的性能。首先采用Hummers法制備膨脹氧化石墨烯,然后通過高溫?zé)峤膺�原制備所需的石墨烯,此后與納米硅復(fù)合。采用SEM、TEM、XRD、 Raman等多種測試手段對制各的負(fù)極活性材料進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)和微觀形貌的表征。系統(tǒng)研究了硅與石墨烯不同質(zhì)量比例條件下,鋰離子電池的循環(huán)性能,研究結(jié)果表明,以65%納米硅顆粒和35%石墨烯為負(fù)極材料的電池具有最優(yōu)的循環(huán)性能：首次放電容量達(dá)到1219mAh/g。經(jīng)過100次循環(huán)后,可逆容量為850 mAh/g,容量保持率為69.7%。即使在1000 mA/8的大電流下循環(huán),電極的可逆容量依然在600 mAh/g以上。電化學(xué)測試顯示出,納米硅／石墨烯復(fù)合材料的內(nèi)電阻特別低,電化學(xué)性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于納米Si。這來自于硅與石墨烯的協(xié)同效應(yīng),石墨烯層可分隔硅顆粒,防止其團(tuán)聚失效,并且柔韌的石墨烯層可有效吸收應(yīng)力,減緩硅的體積效應(yīng),其三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以大大改善納米硅粒子的電接觸,維持負(fù)極材料在充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。以納米硅為硅源、PEG為碳前驅(qū)體,在F127為模板劑條件下固化成型,然后通過高溫裂解法制備了殼核結(jié)構(gòu)納米碳／硅復(fù)合材料。研究了納米硅、碳不同質(zhì)量比例條件下,微觀結(jié)構(gòu)的變化。研究結(jié)果表明,其循環(huán)性能明顯優(yōu)于高溫裂解碳材料和純硅材料。熱解碳具有優(yōu)異的電導(dǎo)率,原位生成并包覆在硅顆粒表面,結(jié)合穩(wěn)定,可以有效地形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),并緩沖硅基復(fù)合材料在嵌脫鋰過程中的體積變化,改善其循環(huán)性能。殼核結(jié)構(gòu)納米硅／碳復(fù)合材料,在100 mA/g電流條件下,100次循環(huán)后可逆容量仍可保持在1100 mAh/g,庫倫效率高達(dá)99.2%。在1200 mA/g電流條件下,100次循環(huán)后電池可逆容量保持在343 mAh/g,庫倫效率為99.4%,表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 納米硅 石墨烯 硅碳復(fù)合
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-15
• 第一章 緒論15-39
• 1.1 鋰離子電池的發(fā)展背景15-16
• 1.2 鋰離子電池的組成及工作的基本原理16-20
• 1.3 鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展近況20
• 1.4 負(fù)極材料研究進(jìn)展20-23
• 1.5 硅負(fù)極材料概況23-27
• 1.5.1 硅基材料容量衰減迅速的原因24
• 1.5.2 硅材料納米化24-26
• 1.5.3 防止硅材料與電解液發(fā)生界面反應(yīng)26-27
• 1.6 正極材料研究進(jìn)展27-28
• 1.7 改善電化學(xué)性能的有效途徑28-29
• 1.8 安全性和穩(wěn)定性的改進(jìn)29-35
• 1.8.1 電解液的改進(jìn)30-32
• 1.8.2 電池整體設(shè)計(jì)上的改進(jìn)32-35
• 1.9 鋰離子電池的發(fā)展前景35-38
• 1.10 本文研究目的和主要研究內(nèi)容38-39
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分39-45
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品39-40
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備40
• 2.3 半電池的制備40-41
• 2.4 電化學(xué)測試41-42
• 2.4.1 恒流充放電測試41
• 2.4.2 倍率性能測試41-42
• 2.4.3 電化學(xué)阻抗譜測試42
• 2.5 材料物理結(jié)構(gòu)的表征42-45
• 2.5.1 物相分析42
• 2.5.2 表面形貌分析42-43
• 2.5.3 微觀結(jié)構(gòu)分析43-45
• 第三章 石墨烯基納米硅負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究45-55
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)46-47
• 3.2.1 氧化石墨烯溶液的制備46-47
• 3.2.2 納米硅/石墨復(fù)合材料的制備47
• 3.3 結(jié)果與討論47-54
• 3.3.1 材料晶體物相分析47-49
• 3.3.2 材料表而形貌與微觀結(jié)構(gòu)49-50
• 3.3.3 不同質(zhì)量比例的納米硅/石墨烯復(fù)合材料充放電性能測試50-51
• 3.3.4 納米硅/石墨烯復(fù)合材料容量及庫倫效率變化51-52
• 3.3.5 納米硅/石墨烯復(fù)合材料電壓容量曲線52
• 3.3.6 納米硅/石墨烯復(fù)合材料倍率性能52-53
• 3.3.7 循環(huán)伏安法研究53-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第四章 殼核結(jié)構(gòu)C/Si復(fù)合材料的制備及其性能研究55-71
• 4.1 引言55-57
• 4.2 材料制備57
• 4.3 不同分子量PEG對殼核結(jié)構(gòu)碳/硅納米微觀形貌的影響57-59
• 4.4 不同碳硅質(zhì)量比對材料結(jié)構(gòu)的影響59-61
• 4.5 殼核結(jié)構(gòu)碳/硅納米粒子性能研究61-70
• 4.5.1 材料晶體分析及微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)61-65
• 4.5.2 恒流充放電性能研究65-67
• 4.5.3 倍率性能67-68
• 4.5.4 循環(huán)伏安性能68-69
• 4.5.5 交流阻抗測試69-70
• 4.6 本章小結(jié)70-71
• 第五章 總結(jié)與展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-81
• 致謝81-83
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83-85
• 作者及導(dǎo)師簡介85-86
• 附件86-87

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 饒睦敏;黃啟明;李偉善;;鋰離子電池納米負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J];電池工業(yè);2008年02期

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本文編號：548757