本文選題：鋰離子電池 + 硅　； 參考：《東華大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：為了順應(yīng)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展的需要,能源器件中大熱的鋰離子電池一直面對(duì)著提高比容量,降低材料成本,簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝等各種亟待解決的問題。硅作為地球上含量第二豐富的元素,無論其單質(zhì)或其氧化物都體現(xiàn)了與鋰離子超高的結(jié)合能力以及較低的放電平臺(tái),因此硅基材料成為了當(dāng)下最有潛力的鋰離子電池負(fù)極材料。單質(zhì)硅用作鋰離子電池負(fù)極材料理論比容量高達(dá)4200m Ah/g,是目前流行最廣的商用石墨電極(372m Ah/g)的十多倍,而且放電平臺(tái)在0.2V附近,但是由于硅單質(zhì)在充放電循環(huán)中與鋰離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成硅鋰合金體積變化超過300%,導(dǎo)致電極材料整體容易發(fā)生破碎,脫離等現(xiàn)象,使得電池的容量迅速衰減,循環(huán)穩(wěn)定性得不到保障。本文中為了減小因材料體積變化導(dǎo)致的電池性能衰減問題,利用鹽酸多巴胺作為碳源物質(zhì)對(duì)單質(zhì)硅顆粒進(jìn)行了包裹,并通過刻蝕在碳與硅顆粒之間形成了一層空腔,得到了Si@void@C結(jié)構(gòu)納米材料,既避免了電解液與硅顆粒的直接接觸導(dǎo)致的硅的損耗,同時(shí)允許硅在內(nèi)部空腔盡可能的與鋰結(jié)合,保證了電池的比容量的同時(shí)也大大增強(qiáng)了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。該方法相對(duì)于前人的成果在工藝上減少了原料的引入,并減少了工藝步驟。硅最具有代表性的氧化物二氧化硅作為鋰離子電池負(fù)極材料同樣具有相當(dāng)高的理論比容量(1965m Ah/g),放電平臺(tái)在0.1V到0.7V之間,雖然二氧化硅的體積膨脹效應(yīng)不像單質(zhì)硅那么明顯,但是該材料巨大的電阻嚴(yán)重影響了結(jié)合鋰離子的能力,在電池內(nèi)部鋰離子會(huì)選擇電阻最低的路徑進(jìn)行擴(kuò)散,難免會(huì)出現(xiàn)因“繞路”出現(xiàn)的材料充放電不完全的現(xiàn)象。為了減小電極材料電阻,本文利用葡萄糖作為碳源對(duì)二氧化硅進(jìn)行了包碳處理,得到了Si O2@C復(fù)合結(jié)構(gòu)納米材料,通過導(dǎo)電性更高的碳為二氧化硅顆粒之間構(gòu)建一座橋梁使得鋰離子能夠充分與二氧化硅結(jié)合從而提高比容量。同時(shí)通過比較不同形貌尺寸的二氧化硅的電池性能分析了尺寸對(duì)二氧化硅電池性能的影響,以及不同碳含量對(duì)材料導(dǎo)電性的提升。
[Abstract]:In order to meet the needs of the development of social production, lithium-ion batteries with large heat in energy devices have been faced with various problems to be solved urgently, such as increasing specific capacity, reducing the cost of materials and simplifying the production process. Silicon is the second most abundant element on the earth. Both its single substance and its oxides reflect the ultra-high binding ability with lithium ion and the low discharge platform. Therefore silicon based materials have become the most potential anode materials for lithium ion batteries at present. The theoretical specific capacity of silicon as anode material for lithium ion batteries is up to 4200m / g, which is more than ten times that of the most popular commercial graphite electrode (372m Ah/ g), and the discharge platform is around 0.2 V. However, due to the chemical reaction between silicon and lithium ion in charge and discharge cycle, the volume change of silicon-lithium alloy exceeds 300, which leads to the breakup and detachment of the electrode material, which makes the capacity of the battery decline rapidly. Cycle stability is not guaranteed. In this paper, in order to reduce the problem of cell performance attenuation caused by the change of material volume, dopamine hydrochloride was used as carbon source to encapsulate the silicon particles, and a layer of cavity was formed between carbon and silicon particles by etching. The Si@void@C nanomaterials are obtained, which can avoid the loss of silicon caused by the direct contact between electrolyte and silicon particles, and allow silicon to combine with lithium as much as possible in the inner cavity. The specific capacity of the battery is guaranteed and the cycle stability of the battery is greatly enhanced. Compared with the previous achievements, this method reduces the introduction of raw materials and the process steps. Silicon, the most representative oxide silicon dioxide, also has a high theoretical specific capacity of 1965m Ah路 g / g as anode material for lithium-ion batteries. The discharge platform ranges from 0.1 V to 0.7 V, although the volume expansion effect of silicon dioxide is not as obvious as that of simple silicon. However, the large resistance of the material seriously affects the ability of binding lithium ion. In the battery, lithium ion will choose the lowest resistance path for diffusion, and the phenomenon of incomplete charge and discharge of materials due to "detour" will inevitably occur. In order to reduce the resistance of electrode materials, silicon dioxide was treated with glucose as carbon source. By constructing a bridge between silica particles with higher conductivity of carbon, lithium ions can be fully combined with silica to improve specific capacity. At the same time, the effect of the size on the performance of silicon dioxide battery and the improvement of the conductivity of the materials with different carbon content were analyzed by comparing the performance of silicon dioxide cells with different morphologies.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM912;TQ127.2

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本文編號(hào)：1910940