本文關(guān)鍵詞：高性能鋰離子電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì)研究　出處：《南京大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：鋰離子電池由于擁有較高的能量密度以及較長的循環(huán)壽命而在移動(dòng)設(shè)備,電動(dòng)汽車以及智能器件領(lǐng)域受到較大關(guān)注。但是,商用的石墨負(fù)極材料由于其較低的理論比容量(372mAhg-1)而越來越跟不上時(shí)代的步伐。因此,高比容量,高循環(huán)壽命,高倍率性能的替代品是急需的�；诙趸a的負(fù)極材料由于擁有較高的質(zhì)量比容量(1494mAh g-1),較高的豐度而被認(rèn)為是最有希望替代石墨負(fù)極的下一代新型負(fù)極材料之一。然而錫基材料由于在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生超過300%的體積膨脹而導(dǎo)致電極的粉化,從而進(jìn)一步導(dǎo)致電池容量的衰減直至壞死�？蒲泄ぷ髡邆冡槍@個(gè)問題做了很多的努力。一個(gè)有效的方法就是將材料納米化。因?yàn)榧{米電極不僅可以縮短鋰離子的遷移路程而且可以使得Sn + 2Li2O(?)Sn02 + 4Li+ + 4e-這一反應(yīng)變得可逆。這一反應(yīng)的可逆直接將二氧化錫的理論比容量從781 mAh g-1提升到了 1494 mAh g-1。另外,將二氧化錫與碳系材料進(jìn)行復(fù)合也是一種有效的改善方法。在本論文的工作中,我們設(shè)計(jì)并合成了一種類石榴型錫碳復(fù)合材料來改善二氧化錫負(fù)極材料膨脹帶來的問題。這一改進(jìn)結(jié)構(gòu)擁有著極高的能量密度(928 mAh g-1)。并且在2 Ag-1的大電流條件下也可以獲得1000次循環(huán)91%的容量保持率(853-779 mAh g-1)。除此之外,我們還設(shè)計(jì)合成了蜂巢狀二氧化錫@石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)。我們將二氧化錫納米結(jié)晶嵌于三維石墨烯結(jié)構(gòu)中。納米二氧化錫結(jié)晶的膨脹都被三維石墨烯結(jié)構(gòu)所吸收。并且在200次循環(huán)之后仍然能保有1090 mAh g-1的容量。并且,在更高的電流5 Ag-1的條件下還能保有491 mAh g-1的比容量。雖然新型負(fù)極材料膨脹的問題可以通過將材料納米化以及與碳系材料的復(fù)合來解決,但是納米材料壓不緊以及這類新型材料低首效率的問題依然無法得到解決。因此,我們利用高分子冷加工的方法來改善納米材料壓實(shí)密度低的問題。通過這一方法我們獲得了高密度的錫碳復(fù)合負(fù)極材料。其密度提高到了 3.14 g cm3(塊狀)以及1.93 gcm3(粉末狀)。針對首效率低的問題,我們也設(shè)計(jì)了原電池的方法來做了改進(jìn),通過這一方法,首次庫倫效率達(dá)到了 92.7%甚至更高。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM912

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