锂离子电池硅碳复合负极材料的制备及其性能研究

锂离子电池硅碳复合负极材料的制备及其性能研究

作者:师大云端图书馆 时间:2016-07-17 分类:硕士论文 喜欢:2806
师大云端图书馆

【摘要】锂离子电池由于具有比能量大、工作电压高、安全性好、环境污染小等优点,在各种便携式电子设备、电动汽车等方面有着广泛的应用前景。最近几年,随着对高能电源需求的增长,围绕如何开发高能密度、快速大功率充放电的锂离子电池展开了大量研究。一般来说,锂离子电池的总比容量是由组成电池的各元件共同决定的,而负极材料作为储锂的主体,是提高锂离子电池总比容量、循环寿命、充放电性能等相关参数的关键。硅具有非常高的理论比容量和较低的嵌/脱锂电位,被认为是最具有潜力实现下一代高能量密度锂离子电池的新型负极材料之一。但在充放电过程中,体积过度膨胀粉化导致容量衰减快,成为其作为商业负极材料的最大障碍。而碳材料作为负极材料虽然比容量小,但不仅具有一定的电化学活性,结构也较稳定,可以作为硅电极的“缓冲基体”。因此,结合两者的性能有可能制备出具有高容量和优良循环性能的硅-碳复合负极材料。本论文是与法国圣戈班集团上海研发中心合作,拟开发出一种具有高容量和优良循环性能的锂离子电池硅碳复合负极材料。主要研究内容有,通过SiO发生歧化反应,在不同的热处理条件下制备多种Si-SiOx复合物,并将其与用真空抽滤法制备的三维网络结构石墨烯进行自组装,得到不同种类的Si-SiOx-C复合负极材料。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和蓝电电池测试系统分别对Si-SiOx复合物、石墨烯及Si-SiOx-C复合材料的形貌、结构和电化学性能进行了表征。实验结果表明,真空抽滤法可以成功制备空间网络结构十分明显的3D结构石墨烯。其电化学测试结果显示,石墨烯首次循环充电比容量为311.2mAh/g,与纯炭材料的理论比容量372mAh/g相差较少,且库伦效率高达84.9%;经过100次循环后充电比容量为134.1mAh/g,虽然相比首次充电比容量有所减少,但是比容量仍然较高,且整个充放电过程的稳定性也较好,第100次循环的库伦效率也高达97%,充分说明3D结构石墨烯用作锂离子电池负极材料时具有较好的电化学性能。通过SiO的歧化反应成功制备了Si-SiOx复合物。制备过程中由于热处理条件不同得到的Si-SiOx复合物的性能也不同。其电化学测试结果显示,随着反应过程中的热处理温度的升高,Si的结晶度也随之升高,相应的Si-SiOx复合物的首次循环充放电比容量却越来越低,这是因为热处理温度越高,Si的结晶度越大,Si的颗粒尺寸越大,尺寸较大的Si颗粒不利于锂离子嵌入和脱出,从而导致比容量下降。而在Si-SiOx复合物的多次循环性能测试中,复合物的比容量急剧下降,这是由于歧化反应过程中生成了大量的单质硅,虽然硅具有非常高的理论比容量和较低的嵌/脱锂电位,但其体积过度膨胀粉化导致容量衰减快,因而循环数次之后其容量大大衰减。说明较低的热处理温度有利于制备出比容量更高的Si-SiOx复合物电极材料。当Si-SiOx复合物与石墨烯自组装之后,得到的Si-SiOx-C复合材料的首次循环充放电比容量大大提高,充电比容量由152.24mAh/g上升到811.3mAh/g,不可逆容量也大大减少,且电池的库伦效率由14%增加到52%。在循环100次之后,其充放电比容量也大大提高,稳定性很好,从第5次循环开始,充放电比容量都维持在一个稳定的水平,约为150mAh/g左右,基本不再衰减;不可逆容量也大大减少,而库伦效率也大大提高,基本达到100%。这表明石墨烯与Si-SiOx复合物组装之后能够大大提高比容量、循环稳定性和库伦效率,说明石墨烯能够有效限制Si颗粒的体积膨胀效应,提高Si-SiOx复合物的电化学性能。
【作者】何帅;
【导师】王宏志;
【作者基本信息】东华大学,材料工程(专业学位),2014,硕士
【关键词】锂离子电池;3D结构石墨烯;硅氧复合物;硅/碳复合材料;负极;

【参考文献】
[1]邵英男.试论黑社会性质犯罪[D].中国政法大学,法律,2003,硕士.
[2]李真.国际商事仲裁协议研究[D].中国政法大学,国际法学,2004,硕士.
[3]王玥平.Ba_xCa_1-_xTi_yZr_1-_yO_3基介电陶瓷材料的合成与改性研究[D].中国地质大学(北京),材料科学与工程,2014,硕士.
[4]吴根洲,刘宗佳.“C9联盟”高校学科实力研究——基于2012年学科评估结果的分析[J].考试研究,2014,04:69-75.
[5]宁正芳.大跨度斜拉桥风灾与地震灾害风险评估分析[D].西南交通大学,防灾减灾工程及防护工程,2013,硕士.
[6]韩文娇.英汉交传中句子逻辑的把握[D].河北师范大学,翻译,2013,硕士.
[7]赵华.小企业非理性财务行为研究[D].东北大学,会计学,2010,硕士.
[8]任柏安.物候在民间美术中的表现[D].山东工艺美术学院,艺术学,2014,硕士.
[9]张宁.高中素质教育实施的城乡差异研究[D].山东师范大学,教育学原理,2013,硕士.
[10]陈秀梅.物理美的思考与探索[D].江西师范大学,教育,2003,硕士.
[11]罗艳梅.中国上市公司对外担保与财务困境研究[D].吉林大学,数量经济学,2004,硕士.
[12]潘理虎.IPv6环境下安全邮件系统的研究与实现[D].太原理工大学,计算机应用,2004,硕士.
[13]任新宇.新课程下中学语文课外作业的创新思维[D].湖南师范大学,教育,2004,硕士.
[14]赵维俊,石文江,王荣茂,王洪哲.大集控SCADA人机系统间隔图的自动生成方法[J].电力系统自动化,2008,13:53-57.
[15]王姣.FDI对中国汽车产业自主创新影响的实证分析[D].辽宁大学,国际贸易学,2012,硕士.
[16]刘斌.波浪荷载作用下深水桥梁的振动控制[D].西南交通大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[17]郝媛.大学男女生相互评价测验的内容与结构效度比较[J].渭南师范学院学报,2014,11:57-63.
[18]衣学磊,蒋承.研究生学业满意度的实证分析——基于不同学位类型的比较[J].学位与研究生教育,2014,05:42-46.
[19]白彬.SIPTrunk—基于SIP协议的NAT穿越[D].北京邮电大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[20]牛文琴.乡村雇工及其社会生活初探[D].山西大学,中国近现代史,2004,硕士.
[21]李宏.知识管理与知识挖掘在情报研究工作中的实现[J].情报理论与实践,2003,03:199-201.
[22]王宇.基于同构多核处理器平台的高质量H.264并行解码器设计实现[D].浙江大学,电子信息技术及仪器,2013,硕士.
[23]张可为.基于颜色标记图像着色的关键技术研究[D].中南大学,控制科学与工程,2014,博士.
[24]丁茹.星新一小说在中国的接受[D].山东师范大学,日语语言文学,2013,硕士.
[25]贺春花.工伤保险补偿请求权与人身损害赔偿请求权的关系研究[D].浙江工商大学,民商法,2012,硕士.
[26]秦立淼.高中生数学学习动机的比较研究[D].华中师范大学,基础数学,2014,硕士.
[27]李海东.石墨烯纳米结构中的电子输运性质[D].吉林大学,2009.
[28]倪绍忠.新疆于田县人文因子时空变化及对景观格局影响分析[D].新疆大学,生态学,2013,硕士.
[29]刘武韬.肝细胞癌1ncRNA表达谱研究[D].北京协和医学院,外科学,2014,博士.
[30]张玉皓.LPK基因在非酒精性脂肪肝中的表观遗传学研究[D].复旦大学,遗传学,2012,博士.
[31]张玉恒.500kN叠加式力标准机的设计研究[D].天津大学,仪器仪表工程,2013,硕士.
[32]丁玉荣.外资并购国家安全审查制度研究[D].安徽大学,经济法学,2014,硕士.
[33]姚正华.深圳“设计之都”品牌建设研究[D].北京交通大学,2014.
[34]周文平.基于角色的访问控制模型的应用[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[35]彭延国.东方物探公司数据中心运营管理优化策略研究[D].西北大学,工商管理(专业学位),2014,硕士.
[36]张根清.飞利浦显示器中国工厂的供应商管理模式研究[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[37]高歌.杨绛译作《吉尔·布拉斯》中的对等翻译[D].西安外国语大学,法语语言文学,2013,硕士.
[38]徐发仪.带湿度修正的煤气流量计量系统设计[J].冶金自动化,1989,03:48-50.
[39]闫春秒.基于粗糙集理论—神经网络集成的数据流分类方法研究[D].河北大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[40]习霞,明亮.石墨烯修饰玻碳电极伏安法测定美洛昔康[J].分析试验室,2012,10:92-95.
[41]李放.氯化钠及联氨溶液中NC30Fe合金的微动腐蚀特性研究[D].西南交通大学,材料科学与工程,2014,硕士.
[42]郝建华,强胜,杜康宁,郜元兴.十种菊科外来入侵种连萼瘦果风力传播的特性[J].植物生态学报,2010,08:957-965.
[43]刘立夏.中药提取物复方VIS对大鼠前房灌注高眼压损伤后视网膜神经节细胞凋亡调控的影响[D].成都中医药大学,中医五官科学,2012,硕士.
[44]刘金剑.~(125)I标记示踪研究胶束表面亲疏水性与其体内分布的关系[D].北京协和医学院,放射医学,2014,博士.
[45]叶显韬.卫星转发器幅频特性测量新方法[J].宇航计测技术.1997(01)
[46]程小可,郑立东,钟凯.企业内部控制缺陷披露研究综述[J].科学决策,2013,03:79-94.
[47]王青燕.微观交通仿真模型参数标定及检验研究[D].山东大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[48]杨叶猗.TIN-ag在慢性肾脏病中的表达及其临床意义[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[49]韩钰萍.渤南海域M油田断裂系统划分及其对油水关系的控制作用[D].东北石油大学,地质工程,2013,硕士.
[50]邱鑫.俄语科幻小说篇章的范畴研究[D].黑龙江大学,俄语语言文学,2014,博士.

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