具有高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰離子電池（LIB）被廣泛用于電動(dòng)汽車(chē)和便攜設(shè)備的儲(chǔ)能系統(tǒng)中。市場(chǎng)對(duì)更優(yōu)性能鋰離子電池的應(yīng)用需求激發(fā)了業(yè)界圍繞新型電極材料的研究熱情。硅基材料因其高理論容量(Li₂₂Si₅,4200 mAh·g^-1)、低放電電壓（0.5 V vs.Li/Li⁺）、來(lái)源廣泛等優(yōu)勢(shì)而成為有前景的負(fù)極材料,并受到了人們的廣泛的關(guān)注。尤其是當(dāng)電池處于快速充放電或者低溫條件下時(shí),硅基材料能有效避免商用陽(yáng)極（石墨）表面的析鋰現(xiàn)象,這讓硅基材料可替代它成為新型長(zhǎng)續(xù)航動(dòng)力鋰離子電池的重要負(fù)極材料�？墒�,納米尺寸的硅基材料的團(tuán)聚以及在（去）鋰化過(guò)程中體積效應(yīng)（>300%）會(huì)產(chǎn)生一系列限制硅負(fù)極應(yīng)用的問(wèn)題,如:硅晶體裂化、電極結(jié)構(gòu)崩塌、電極內(nèi)部電接觸劣化等。本文針以上問(wèn)題,由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā),選用“piranha溶液腐蝕法”處理商業(yè)化的納米Si材料,在改進(jìn)其親水性同時(shí)緩解納米硅顆粒聚集嚴(yán)重的問(wèn)題。進(jìn)一步地,通過(guò)引入硼、氮元素共摻雜的碳材料對(duì)其進(jìn)行包覆,來(lái)兼顧“原位包覆”與“導(dǎo)電骨架材料”的特性;此外,本論文...

【文章頁(yè)數(shù)】：94 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-2鋰離子電池構(gòu)造示意圖

與傳統(tǒng)的鉛蓄電池構(gòu)造相差無(wú)幾,商業(yè)化的軟包鋰離子電池也是由保護(hù)殼、正極、隔膜(特殊復(fù)合膜)、負(fù)極、有機(jī)電解液、極耳、正溫度控制端子(PTC)這幾部分構(gòu)成[17]。雖然不同工作要求的鋰離子電池形態(tài)大小略有不同,但是鋰離子電池四個(gè)主要組成部分均為正極、負(fù)極、電解液、隔膜(圖1-2)。....

圖1-3鋰離子電池工作原理示意圖[23]

1.1.3鋰離子電池工作原理“搖椅電池”也是LIBs常用的稱(chēng)謂,循環(huán)過(guò)程中鋰離子的濃度均會(huì)在正極和負(fù)極發(fā)生化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過(guò)程中來(lái)回變換,并透過(guò)隔膜通過(guò)電解質(zhì)在正負(fù)極之間定向移動(dòng)。如圖1-3所示:充電時(shí),正極材料中的Li+脫出,并以電解液為介質(zhì)穿過(guò)隔膜嵌入負(fù)極,并以獨(dú)....

圖1-4室溫下Li/Si電化學(xué)電池的充放電循環(huán)過(guò)程中,形成的相與比容量的函數(shù)關(guān)系(Li15±w Si4表示相化學(xué)計(jì)量比的變化。LiySi,LixSi和LizSi符號(hào)表示具有不同組成的非晶態(tài)Li-Si相。LiySi和LizSi是具有固定成分的非晶相,而LixSi中的Li含量會(huì)變化。)[48]

放電過(guò)程:Kwon等人通過(guò)XRD發(fā)現(xiàn)在鋰薄膜鋰化過(guò)程中,較高溫度下會(huì)出現(xiàn)Li21Si5相。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明:在低于約85oC時(shí),形成的Li15Si4相作為最終晶相;在高于100oC的溫度下,鋰化結(jié)束時(shí)形成Li21Si5相。如果在室溫下對(duì)Si進(jìn)行鋰化,但在鋰化后電壓相對(duì)于Li/Li+....

圖1-5硅基材料的失效機(jī)理分析[50]

1.3.2硅負(fù)極的主要問(wèn)題及改善策略硅基材料失效的主要機(jī)理如圖1-5所示:①電池反復(fù)充放電過(guò)程中伴隨著硅基材料的相變轉(zhuǎn)換:“Si(結(jié)晶態(tài))→LixSi(無(wú)定形態(tài))→Li15Si4(晶態(tài))→Si(非晶態(tài))”,相變轉(zhuǎn)換過(guò)程中,體積效應(yīng)所引發(fā)的材料內(nèi)部應(yīng)力最終導(dǎo)致了晶體硅的破裂、破碎....

本文編號(hào)：4047230