具有高能量密度和長循環(huán)壽命的鋰離子電池（LIB）被廣泛用于電動汽車和便攜設備的儲能系統(tǒng)中。市場對更優(yōu)性能鋰離子電池的應用需求激發(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⁺）、來源廣泛等優(yōu)勢而成為有前景的負極材料,并受到了人們的廣泛的關注。尤其是當電池處于快速充放電或者低溫條件下時,硅基材料能有效避免商用陽極（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續(xù)航動力鋰離子電池的重要負極材料�？墒�,納米尺寸的硅基材料的團聚以及在（去）鋰化過程中體積效應（>300%）會產(chǎn)生一系列限制硅負極應用的問題,如:硅晶體裂化、電極結構崩塌、電極內(nèi)部電接觸劣化等。本文針以上問題,由結構設計出發(fā),選用“piranha溶液腐蝕法”處理商業(yè)化的納米Si材料,在改進其親水性同時緩解納米硅顆粒聚集嚴重的問題。進一步地,通過引入硼、氮元素共摻雜的碳材料對其進行包覆,來兼顧“原位包覆”與“導電骨架材料”的特性;此外,本論文...

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-2鋰離子電池構造示意圖

與傳統(tǒng)的鉛蓄電池構造相差無幾,商業(yè)化的軟包鋰離子電池也是由保護殼、正極、隔膜(特殊復合膜)、負極、有機電解液、極耳、正溫度控制端子(PTC)這幾部分構成[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主要組成部分均為正極、負極、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常用的稱謂,循環(huán)過程中鋰離子的濃度均會在正極和負極發(fā)生化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的反應過程中來回變換,并透過隔膜通過電解質(zhì)在正負極之間定向移動。如圖1-3所示:充電時,正極材料中的Li+脫出,并以電解液為介質(zhì)穿過隔膜嵌入負極,并以獨....

圖1-4室溫下Li/Si電化學電池的充放電循環(huán)過程中,形成的相與比容量的函數(shù)關系(Li15±w Si4表示相化學計量比的變化。LiySi,LixSi和LizSi符號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含量會變化。)[48]

放電過程:Kwon等人通過XRD發(fā)現(xiàn)在鋰薄膜鋰化過程中,較高溫度下會出現(xiàn)Li21Si5相。并通過實驗表明:在低于約85oC時,形成的Li15Si4相作為最終晶相;在高于100oC的溫度下,鋰化結束時形成Li21Si5相。如果在室溫下對Si進行鋰化,但在鋰化后電壓相對于Li/Li+....

圖1-5硅基材料的失效機理分析[50]

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

本文編號：4047230