微纳多孔硅/碳复合材料的制备及作为锂离子电池负极材料性能研究

发布时间：2024-03-04 22:38

　　电动汽车、便携式电子设备等领域的迅速发展对锂离子电池提出了更高的需求,开发一种高能量密度,高安全性,低成本的锂离子电池负极材料,成为本行业的当务之急。硅具有高比容量(3580mAh g^-1)、低嵌锂电位(0.4V vs.Li/Li⁺),成为备受关注的研究对象。但是硅材料在脱嵌锂的过程中有超过300%的体积变化,使硅颗粒在充放电的过程中破碎,与电极失去接触,成为非活性物质,破碎导致固体电解质界面(SEI膜)重复生成,造成不可逆的容量损失,严重限制了硅材料作为锂离子电池负极材料的商业化应用。多孔硅内部的多孔结构能够缓解体积膨胀效应,为锂离子提供传输通道,具有很高的实用价值。本文以微纳多孔硅为基础,通过简单且低成本的合成工艺路线制备出高性能的硅基负极材料,并对材料的微观结构和电化学性能进行深入探究。具体内容如下:(1)以微纳多孔硅为硅源,人造石墨、鳞片石墨、软碳为碳源,通过球磨和热解碳包覆的方法,成功制备了多孔结构的Si/C@C负极材料。合成路线简单,成本低廉,具有工业化生产前景。三种Si/C@C材料均是多孔结构,能够缓解硅在充放电过程中的体积膨胀...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池概述
        1.2.1 锂离子电池的发展历史
        1.2.2 锂离子电池的结构
        1.2.3 锂离子电池的工作原理
        1.2.4 锂离子电池优点和不足
    1.3 锂离子电池的负极材料
    1.4 锂离子电池硅负极材料的研究进展
        1.4.1 硅材料简介
        1.4.2 纳米硅材料
        1.4.3 纳米硅碳材料
        1.4.4 微米硅材料
    1.5 论文的选题意义与研究内容
第二章 材料合成、表征及测试方法
    2.1 实验原料和仪器设备
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 仪器设备
    2.2 材料的分析测试方法
        2.2.1 X射线衍射分析
        2.2.2 扫描电子显微镜表征
        2.2.3 透射电子显微镜表征
        2.2.4 X射线光电子能谱分析
        2.2.5 拉曼分析
        2.2.6 比表面积分析物理吸附分析
        2.2.7 热重分析
    2.3 器件制备
        2.3.1 极片制作
        2.3.2 电池组装
    2.4 电化学性能测试
        2.4.1 循环及倍率性能测试
        2.4.2 循环伏安测试
        2.4.3 电化学阻抗测试
第三章 不同碳材料对微纳多孔硅/碳复合材料性能的影响
    3.1 引言
    3.2 Si/C@C材料的制备
    3.3 Si/C@C材料结构和形貌表征
    3.4 Si/C@C材料的电化学性能研究
    3.5 本章小结
第四章 氮掺杂碳笼包覆多孔硅的制备及电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 Si-NCC材料的制备
    4.3 Si-NCC材料的结构和形貌表征
    4.4 Si-NCC材料的电化学性能研究
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
攻读学位期间发表的论文



本文编号：3919276