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锂离子电池负极硅基复合材料的研究

2020-12-06阅读(609)

锂离子电池负极硅基复合材料的研究

论文摘要

硅基材料以其高理论比容量(4200mAh·g-1)有望取代碳材料作为新型锂离子电池负极材料,但较差的导电性和严重的体积效应是硅基材料实用化过程中必须克服的两大障碍。本文通过制备复合材料的方式对硅基材料进行优化与改性,并用X-射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、循环伏安（CV）和恒流充放电测试等方法对其物相结构、表观形貌和电化学性能进行表征和分析。采用两步球磨法制备了硅/镍-石墨复合材料,其中镍提高了导电性,石墨提高了硅分散的均匀性和复合材料的循环稳定性;对硅/镍-石墨复合材料在600℃下烧结4h,或对电极片在300℃下热处理1h,对材料的循环性能均有较大改善,其中热处理极片的效果更佳。采用压力脉冲气相渗透（PCVI）法制备了具有良好循环性能的硅/石墨-碳复合材料,硅与石墨质量比为5:5,碳沉积量为44%的复合材料循环性能较优;极片热处理后该复合材料的循环性能大大改善,20次循环后容量保持率由36%提高到61%,100次循环后可逆比容量约为410mAh·g-1。采用化学镀铜和PCVI相结合的方法制备了硅/铜-碳复合材料,可逆比容量保持在420mAh·g-1,循环稳定性的提高的原因是镀铜层改善了硅材料的电接触,沉积的絮状碳笼络在硅/铜颗粒周围的结构在充放电循环过程中有效的缓解了硅的体积效应。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 锂离子电池的组成与基本原理
  • 1.3 锂离子电池的特点
  • 1.4 锂离子电池负极材料的研究进展
  • 1.4.1 碳材料的研究
  • 1.4.2 硅基材料
  • 1.4.3 其他负极材料
  • 1.5 本论文的研究目的及主要内容
  • 第2章 实验方法与仪器
  • 2.1 实验药品与材料
  • 2.2 实验用仪器与设备
  • 2.3 电极材料制备与处理方法
  • 2.3.1 球磨法制备Si/Ni复合材料
  • 2.3.2 压力脉冲气相渗透沉积法制备Si/石墨-C复合材料
  • 2.3.3 化学镀铜法制备Si/Cu复合材料
  • 2.3.4 材料的热处理
  • 2.4 电极制备与实验电池装配
  • 2.4.1 电极的制备
  • 2.4.2 实验电池装配
  • 2.5 电化学性能测试
  • 2.5.1 电池充放电实验
  • 2.5.2 循环伏安曲线
  • 2.6 材料的形貌与组成表征
  • 2.6.1 X射线衍射分析
  • 2.6.2 扫描电子显微镜
  • 第3章 硅/镍-石墨复合材料制备及电化学研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 球磨法制备硅-镍材料及其电化学性能研究
  • 3.2.1 球磨时间对硅-镍复合材料性能的影响
  • 3.2.2 混合比例对硅-镍材料性能的影响
  • 3.2.3 充放电电流的影响
  • 3.3 两步球磨法制备硅/镍-石墨复合材料及其电化学性能研究
  • 3.3.1 硅/镍-石墨复合材料的结构特征
  • 3.3.2 不同配料比下材料的电化学性能
  • 3.3.3 热处理对复合材料的电化学性能的影响
  • 3.3.4 热处理极片对复合材料的电化学性能的影响
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 硅/石墨-碳复合材料制备及电化学研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 硅-碳复合材料的制备及电化学性能研究
  • 4.3 硅/石墨-碳复合材料的制备及电化学性能研究
  • 4.3.1 硅-石墨复合材料的性能研究
  • 4.3.2 碳化-PCVI两步法制备硅/石墨-碳复合材料的性能研究
  • 4.3.3 PCVI法制备硅/石墨-碳复合材料的性能研究
  • 4.3.4 热处理极片对PCVI法制备硅/石墨-碳复合材料的性能的影响
  • 4.4 本章小结
  • 第5章 硅/铜-碳复合材料制备及电化学研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 硅-铜复合材料的制备
  • 5.3 硅粉颗粒度的影响
  • 5.4 热处理硅-铜复合材料的影响
  • 5.5 PCVI沉积碳的影响
  • 5.5.1 硅/铜-碳复合材料的结构特征
  • 5.5.2 硅/铜-碳复合材料的电化学性能
  • 5.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 致谢

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