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《鋰離子電池硅—碳復(fù)合負(fù)極材料的制備與性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、學(xué)校代碼10459學(xué)號(hào)或申請(qǐng)?zhí)?01522232970密級(jí)專業(yè)碩士學(xué)位論文鋰離子電池硅-碳復(fù)合負(fù)極材料的制備及性能研究作者姓名：李珊珊導(dǎo)師姓名：趙海鵬教授專業(yè)學(xué)位名稱：化學(xué)工程培養(yǎng)院系：化工與能源學(xué)院完成時(shí)間：2018年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterPreparationandpropertiesofsilicon-carboncompositeanodematerialsforlithiumionbatteriesByShansha
2、nLiSupervisor:Prof.HaipengZhaoChemicalEngineeringSchoolofChemicalEngineeringandEnergyEngineeringMay2018摘要鋰離子電池發(fā)展至今，因其優(yōu)異性能，已成為新能源發(fā)展領(lǐng)域中的寵兒，大容量高倍率特性是目前該電池最重要的研究方向。硅具有較高的比容量（4200mAh/g）和較低電壓平臺(tái)（0.01～0.2V），但其直接作負(fù)極卻存在天然的缺陷，即鋰嵌入脫出硅的晶胞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致硅材料發(fā)生嚴(yán)重的體積變化，造成容量衰減迅速。大量的研究發(fā)現(xiàn)，將硅與
3、其他材料復(fù)合能夠有效緩解硅的體積效應(yīng)，增長(zhǎng)其循環(huán)壽命，而硅-碳復(fù)合物是其中最具有應(yīng)用前景的復(fù)合材料。目前商業(yè)化鋰離子電池的負(fù)極材料主要為人造石墨，而人造石墨的制備需要高溫煅燒，生產(chǎn)成本高，售價(jià)也高。尋找新的價(jià)格低廉的生物質(zhì)碳材料來(lái)替代人造石墨是一個(gè)研究重點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)松木、桃木、花生殼三種生物質(zhì)碳材料進(jìn)行研究，并進(jìn)而與納米硅粉進(jìn)行搭配，采用酚醛樹脂原位包覆和靜電紡絲，分別制備了性能較好的鋰離子電池硅-碳復(fù)合負(fù)極材料。研究取得的成果如下：（1）通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)松木是取代人造石墨相對(duì)理想的碳材料。（2）通過(guò)酚醛樹脂原位聚合的反
4、相乳液體系制備的硅-生物質(zhì)碳-酚醛樹脂復(fù)合材料。硅-松木鋸末-酚醛樹脂復(fù)合材料的電化學(xué)性能優(yōu)異，該材料在38.5mA/g的電流密度下，首次庫(kù)倫效率為60.17%，將近40次循環(huán)后，放電比容量仍高達(dá)390mAh/g。實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)在硅-酚醛樹脂復(fù)合材料中加入碳材料，碳材料起到分散隔離的作用，使納米硅-酚醛樹脂復(fù)合物的顆粒得以分散，縮小了它們的相對(duì)體積，從而增強(qiáng)了電解液在復(fù)合材料內(nèi)部的浸潤(rùn)能力，利于鋰離子在復(fù)合材料內(nèi)部的嵌入與脫出，使其電化學(xué)性能得到改善。（3）利用靜電紡絲法制備的硅-聚丙烯腈碳纖維復(fù)合材料的電化學(xué)性能優(yōu)異，
5、該材料在30mA/g的電流密度下，首次放電比容量為991.7mAh/g，首次庫(kù)倫效率為70.96%，將近30次循環(huán)后，放電比容量仍高達(dá)730.1mAh/g。而生物質(zhì)碳材料的加入并沒(méi)能使硅-聚丙烯腈碳纖維復(fù)合材料的電化學(xué)性能得到更好的改善，反而由于碳材料的顆粒粒度較大，破壞了纖維的完整連續(xù)性結(jié)構(gòu)。因此采用直接往硅-聚丙烯腈紡絲液中添加生物質(zhì)碳材料對(duì)其性能的改善不明顯。關(guān)鍵詞：硅-碳復(fù)合材料，靜電紡絲法，鋰離子電池，負(fù)極材料IAbstractLithium-ionbatteryhasbecomeafavoriteinthef
6、ieldofnewenergydevelopmentbecauseofitsexcellentperformance.Thecharacteristicsoflargecapacityandhighrateisthemostimportantresearchdirectionofthebatteryatpresent.Siliconhasahigherspecificcapacityof(4200mAh/g)andalowervoltageplatform(0.01~0.2V),butitsdirectnegativee
7、lectrodehasanaturaldefect.Whenlithiumisembeddedoutoftheunitcellofsilicon,thevolumeofsiliconmaterialwillchangeseriouslyandthecapacitywilldeclinerapidly.Alargenumberofstudieshavefoundthatthecombinationofsiliconandothermaterialscaneffectivelyalleviatethevolumeeffect
8、ofsiliconandincreaseitscyclelife,andthesilicon-carboncompositeisthemostpromisingcomposite.Atpresent,artificialgraphiteisthemainanodematerialforcommerciallithiu
