在眾多的鋰離子電池負(fù)極材料中,硅因其較高的理論比容量(4200 mAh g^-1)和體積比容量(9786 mAh cm^-1)受到了廣泛關(guān)注。然而硅在充放電過程中產(chǎn)生巨大的體積變化使其顆粒破裂并最終破碎,導(dǎo)致循環(huán)性能急劇衰減。通過設(shè)計(jì)多孔結(jié)構(gòu)以及將硅與高導(dǎo)電率的石墨烯和碳納米管等材料進(jìn)行復(fù)合可有效解決以上問題,并顯著提升硅基負(fù)極材料的儲(chǔ)鋰性能。本論文選擇以商用鋁硅合金為原材料,通過選擇性化學(xué)刻蝕工藝得到不同鋁殘余量且具有微/納米分級(jí)結(jié)構(gòu)特征的多孔硅微球,再通過二氧化碳氧化工藝、靜電自組裝工藝和化學(xué)氣相沉積工藝等一系列的改性手段,制備出異質(zhì)微納米分級(jí)結(jié)構(gòu)特征的多孔硅@石墨烯（HH-P-Si@G）、多孔硅@石墨烯@碳納米管（P-Si@GNF@CNTs）、多孔硅@氧化鋁@碳（P-Si@Al₂O₃/C）等多種多孔硅基負(fù)極材料,并對(duì)其儲(chǔ)鋰性能進(jìn)行了深入研究,主要研究結(jié)果如下:（1）以市售的鋁硅合金為原材料,用稀鹽酸進(jìn)行選擇性刻蝕制備內(nèi)部孔隙含量豐富的多孔硅材料,內(nèi)部的豐富空隙可以容納硅在嵌鋰過程中的體積膨脹,防止... 

【文章來源】：江西理工大學(xué)江西省

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池組成示意圖：a.圓柱型鋰離子電池b.方型鋰離子電池c.紐扣鋰離子電池d.薄膜鋰離子電池Fig.1.1DiagramofLi-ionbatterycomposition:a.CylindricalLi-ionbatteryb.SquareLi-ion

第一章緒論4圖1.2鋰離子電池充放電原理示意圖Fig.1.2Charge/dischargeschematicdiagramofLi-ionbattery1.3鋰離子電池負(fù)極材料發(fā)展現(xiàn)狀及進(jìn)展正極材料和負(fù)極材料均為鋰離子電池的重要組成部分。考慮到本論文的重點(diǎn)在于研發(fā)高性能的鋰離子電池負(fù)極材料，因此有關(guān)正極材料的相關(guān)研究進(jìn)展在這里不再進(jìn)行一一贅述。本章節(jié)將主要概述負(fù)極材料的研發(fā)現(xiàn)狀及進(jìn)展。隨著正極材料制備技術(shù)日趨成熟，部分正極材料的比容量已基本接近理論容量了，這意味著研發(fā)高性能負(fù)極材料將成為提高鋰離子電池能量密度的替代途徑之一，有關(guān)負(fù)極材料的研發(fā)工作也越來越受到廣大研究工作者的重視。根據(jù)已有研究結(jié)果，理想的鋰離子電池負(fù)極材料應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：（1）材料的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率要高，能適應(yīng)大電流充放電，倍率性能較好；（2）對(duì)鋰電位較低，電池要獲得高電壓，需接近鋰的電位；（3）材料來源廣，易獲得，低毒且不污染環(huán)境；（4）脫嵌鋰過程中結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，具有較長(zhǎng)循環(huán)壽命；（5）能夠與電解液之間形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)中間相膜（即SEI膜），確保獲得較高的庫(kù)倫效率，與電解液接觸不會(huì)發(fā)生過多副反應(yīng)，減少Li+過度消耗。目前，主要研究的負(fù)極材料有碳負(fù)極材料、金屬材料、合金材料、氧化物材料等。

土?某殺鏡扔諾悖?欠淺＠硐?的鋰離子電池負(fù)極材料，主要包括人造石墨和天然鱗片石墨。天然石墨具有容量高、壓實(shí)密度高以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但其顆粒大小不一，粒徑分布范圍較大，加上表面缺陷較多，與電解液的相容性較差會(huì)導(dǎo)致副反應(yīng)的產(chǎn)生，因而需經(jīng)過一系列的加工后才能用作鋰離子電池負(fù)極。人造石墨各項(xiàng)性能指標(biāo)相比天然石墨都更為均衡，具有優(yōu)異的循環(huán)性能，是良好的鋰離子電池負(fù)極材料。石墨類材料作為負(fù)極材料最大不足之處在于其容量?jī)H有372mAhg-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了目前市場(chǎng)對(duì)大功率大能量密度電池負(fù)極材料的需求。圖1.3石墨晶體結(jié)構(gòu)Fig.1.3Schematicdiagramofthecrystalstructureofgraphite（2）無定形碳材料無定形碳材料是碳的同素異形體中的一類，主要分為硬碳材料和軟碳材料兩大類。軟碳是一種石墨化程度高的無定型碳，在2500℃以上的高溫下能夠石墨化。軟碳材料主要包括石油焦、碳纖維、針狀焦、碳微球等[8]。軟碳材料具有層間距較大，結(jié)構(gòu)有序等優(yōu)點(diǎn)，有利于Li+的快速遷移，但是其首次充放電不可逆容量高，輸出電壓低，性能較差，一般不直接做負(fù)極材料，是制造天然石墨的原料。硬碳是熱解高分子聚合物之后形成的碳，與軟碳不同的是，即使溫度在2500℃以上，也難以石墨化。硬碳材料主要是樹脂碳、有機(jī)聚合物熱解碳、碳黑等[9]。硬碳材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有較高的比容量(~600mAhg-1)和優(yōu)異的循環(huán)性能，但是硬碳材料首次庫(kù)倫效率較低，容量衰減嚴(yán)重。這些缺點(diǎn)導(dǎo)致硬碳材料難以實(shí)現(xiàn)商

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池用高容量硅/碳復(fù)合負(fù)極材料（英文）[J]. 亓鵬,陳云貴,朱丁,徐程浩,黃麗宏,段曉波.  稀有金屬材料與工程. 2014(05)
[2]包覆天然石墨作鋰離子電池負(fù)極材料的研究[J]. 鄧凌峰,陳洪,鄧高聰.  電池工業(yè). 2009(04)



本文編號(hào)：3069709