硅負極材料具有4200 mAh g^?1的理論容量,遠高于商業(yè)化的石墨負極,成為最有前景的鋰離子電池負極材料。硅具有適中的0.4 V對鋰電位,同時硅作為地殼中第二大元素,儲量豐富,來源廣泛。但硅負極面臨的最大問題是在脫嵌鋰過程中體積膨脹大,導致材料顆粒破碎粉化,影響SEI膜的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。另外,硅具有低的電子電導率低和離子擴散速率,導致硅負極材料的倍率性能差。本文通過鎂熱還原法合成納米硅,經(jīng)后期硅碳復合,旨在獲得可控、經(jīng)濟的方式制備硅基負極復合材料。本文分析了鎂熱反應的基本原理,探索了鎂熱反應工藝的可行性,確定了先合成納米硅再進行硅碳復合的工藝步驟。通過對原料硅藻土純化,研究了溫度、時間和氣氛對納米硅性能的影響。在100 mA g^?1的電流密度下制備的納米硅首次放電容量為3053 mAh g^?1,首次充電容量為2519 mAh g^?1,首次庫倫效率為82.5%。通過砂磨的方式預處理硅藻土,合成的納米硅顆粒團聚現(xiàn)象減輕,具有良好的分散性。納米硅的首次放電容量略有降低,但首次庫倫效率85.6%。合成的... 

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【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 鋰離子電池的研究背景及意義
    1.2 鋰離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池發(fā)展歷程
        1.2.2 鋰離子電池電化學反應原理
        1.2.3 鋰離子電池的優(yōu)缺點
    1.3 鋰離子電池的發(fā)展趨勢
        1.3.1 鋰離子電池正極材料
        1.3.2 鋰離子電池負極材料
        1.3.3 鋰離子電池電解液
    1.4 鋰離子電池硅負極材料
        1.4.1 硅負極材料的充放電機理
        1.4.2 硅負極材料存在的問題
        1.4.3 硅負極材料的研究進展
        1.4.4 硅負極材料的制備與合成方法
第二章 實驗設備及表征方法
    2.1 實驗材料及設備
    2.2 材料的物理表征測試
    2.3 極片制備與電池組裝
    2.4 材料的電化學性能表征測試
第三章 鎂熱還原法制備納米硅負極的研究
    3.1 引言
    3.2 鎂熱反應基本原理及熱力學分析
    3.3 鎂熱反應初步設計及產(chǎn)物分析
        3.3.1 硅藻土進行鎂熱反應的初步分析
        3.3.2 聚丙烯摻入硅藻土進行鎂熱反應的分析
    3.4 納米硅材料的制備工藝及性能表征
        3.4.1 硅藻土的純化
        3.4.2 鎂熱反應工藝流程
        3.4.3 鎂熱反應溫度對納米硅性能的影響
        3.4.4 鎂熱反應時間對納米硅性能的影響
        3.4.5 鎂熱反應氣氛對納米硅性能的影響
        3.4.6 氫氟酸酸洗產(chǎn)物對納米硅性能的影響
        3.4.7 砂磨硅藻土對納米硅性能的影響
    3.5 電池制備工藝對材料性能的影響
        3.5.1 粘結劑
        3.5.2 電解液添加劑
    3.6 不同硅原料進行鎂熱反應的研究
    3.7 本章小結
第四章 硅碳復合材料的制備與電化學性能研究
    4.1 引言
    4.2 硅碳復合材料制備工藝流程
    4.3 Si@C復合材料物理性能的表征
    4.4 Si@C復合材料電化學性能的表征
    4.5 硅含量對硅碳中間體的影響
    4.6 干燥工藝對材料性能的影響
    4.7 不同碳包覆對材料性能的影響
    4.8 本章小結
第五章 硅碳復合負極材料電解液的研究
    5.1 引言
    5.2 硅碳復合材料物理性能的表征
    5.3 單一電解液添加劑對硅碳復合材料性能的影響
    5.4 組合電解液添加劑對硅碳復合材料性能的影響
    5.5 本章小結
第六章 總結
參考文獻
致謝
個人簡歷
攻讀學位期間發(fā)表的學術成果



本文編號：3696305