發(fā)布時間：2017-09-08 17:03

  本文關(guān)鍵詞：納米多孔硅及復(fù)合材料的制備和電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 鎂熱還原法 納米多孔硅 硅復(fù)合材料 鋰離子電池負(fù)極材料

【摘要】：硅材料具有最高的理論比容量(～4200mAh/g)和較低的充放電電位以及豐富的儲量而被認(rèn)為最有望取代傳統(tǒng)的石墨電極材料,成為下一代新型大容量鋰離子電池負(fù)極材料。然而在充放電過程中,硅材料存在巨大的體積效應(yīng)(～300%),容易導(dǎo)致電極材料破碎粉化,從而使得容量迅速衰減、循環(huán)穩(wěn)定性下降,進(jìn)而限制了其商業(yè)化的應(yīng)用。由于納米多孔Si材料的多孔結(jié)構(gòu)能夠有效的緩解硅的體積效應(yīng)以及縮短鋰離子傳輸路徑,可以提高硅負(fù)極材料的循環(huán)穩(wěn)定性和快速充放電能力而成為了研究的熱點(diǎn)。相對于傳統(tǒng)的納米多孔Si材料的制備工藝,本文以天然具有納米多孔性的稻殼為原料,制備的納米多孔Si,具有工藝流程短、產(chǎn)率高、成本低廉的優(yōu)勢。為了獲得最佳的納米多孔Si的制備工藝參數(shù),本文探討了稻殼的熱解溫度、鎂熱還原反應(yīng)過程對納米多孔Si材料的孔結(jié)構(gòu)、微觀形貌及電化學(xué)性能的影響規(guī)律和機(jī)理。為進(jìn)一步提高納米多孔Si的庫倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性,分別利用化學(xué)溶液腐蝕法和溶膠凝膠法制備了Si/Ag和Si/TiO_2復(fù)合材料,并探討了微觀形貌和電化學(xué)性能之間關(guān)系,具體內(nèi)容包括：(1)納米多孔Si材料的制備。以稻殼原料為獲得了納米多孔Si材料的最佳制備工藝參數(shù),即SiO_2/Mg粉的質(zhì)量比為1：0.88,還原溫度為650℃,升溫速率為1℃/min,保溫時間為5h。所制備的納米多孔Si材料的比表面為252.85m2/g,孔容為1.06cm3/g,平均孔徑為20.13nm。其電化學(xué)性能測試表明,在10OmA/g的電流密度下,首次放電比容量高達(dá)3051mAh/g,首次庫倫效率為59.19%,在200mA/g的電流密度下,在經(jīng)過100次循環(huán)后放電比容量仍為858m Ah/g。在倍率性能測試中,在2A/g的電流密度下仍然可以保持547.6mAh/g的比容量。(2)利用AgNO_3和HF的混合溶液以及TiO_2溶膠凝膠法制備了Si/Ag和Si/TiO_2復(fù)合材料。其電化學(xué)性能顯示,對于Si/Ag復(fù)合材料其首次庫倫效率有了較大幅度的提高但循環(huán)穩(wěn)定性衰減較快,對于Si/TiO_2復(fù)合材料其首次庫倫效率不高但循環(huán)穩(wěn)定性表現(xiàn)則十分優(yōu)異,并分析了電化學(xué)性能和微觀形貌之間的關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：鎂熱還原法 納米多孔硅 硅復(fù)合材料 鋰離子電池負(fù)極材料
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.2;TB33
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 研究內(nèi)容13-14
• 第二章 稻殼中提取納米多孔SiO_2原料14-22
• 2.1 稻殼的煅燒15-17
• 2.2 稻殼煅燒產(chǎn)物的分析17-18
• 2.3 多孔SiO_2的粒度分析18
• 2.4 多孔SiO_2的微觀形貌分析18-19
• 2.5 多孔SiO_2的孔結(jié)構(gòu)分析19-21
• 2.6 本章小結(jié)21-22
• 第三章 納米多孔SiO_2的還原及多孔Si的性能研究22-39
• 3.1 鎂熱還原納米多孔SiO_2的動力學(xué)分析22-23
• 3.2 反應(yīng)溫度對鎂熱還原SiO_2生成多孔Si微觀結(jié)構(gòu)的影響研究23-25
• 3.2.1 物相分析23-25
• 3.3 SiO_2/Mg粉配比對鎂熱還原SiO_2生成多孔Si微觀結(jié)構(gòu)的影響研究25-28
• 3.3.1 物相分析25-26
• 3.3.2 拉曼光譜分析26-27
• 3.3.3 掃描電鏡分析27-28
• 3.4 升溫速率對鎂熱還原SiO_2生成多孔Si微觀結(jié)構(gòu)的影響研究28-30
• 3.4.1 物相分析28-29
• 3.4.2 比表面積和孔徑分析29-30
• 3.5 保溫時間對鎂熱還原SiO_2生成多孔Si微觀結(jié)構(gòu)的影響研究30-33
• 3.5.1 物相分析30-31
• 3.5.2 比表面積和孔徑分析31-33
• 3.6 納米多孔Si材料的電化學(xué)性能測試33-38
• 3.6.1 電極的制備和電池的組裝33-34
• 3.6.2 循環(huán)伏安曲線分析34-35
• 3.6.3 循環(huán)性能和倍率性能分析35-38
• 3.7 本章小結(jié)38-39
• 第四章 納米多孔硅復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究39-46
• 4.1 Si/Ag復(fù)合材料的制備39-42
• 4.1.1 Si/Ag復(fù)合材料的制備工藝39-40
• 4.1.2 Si/Ag復(fù)合材料的表征測試和電化學(xué)分析40-42
• 4.2 Si/TiO_2復(fù)合材料的制備42-45
• 4.2.1 Si/TiO_2復(fù)合材料的制備工藝42-43
• 4.2.2 Si/TiO_2復(fù)合材料的表征測試和電化學(xué)分析43-45
• 4.3 本章小結(jié)45-46
• 第五章 結(jié)論及展望46-48
• 5.1 全文內(nèi)容總結(jié)46-47
• 5.2 工作展望47-48
• 致謝48-49
• 作者簡介49-50
• 參考文獻(xiàn)50-53

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