硅銀碳納米雜化鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究

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1、Ｏ３分類號(hào)：６３４１０１１０單位代碼：．學(xué)號(hào)：Ｓ１４０４０８３ｒｍ；ｍＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔＯｆＣ中北大學(xué)ｙ全日制工程碩士學(xué)位論文硅銀碳納米雜化鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究碩士研究生尹珊珊校內(nèi)指導(dǎo)教師汪存東校外指導(dǎo)教師程亞軍所在領(lǐng)域化學(xué)工程原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的科研成果。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已

2、在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：日期：關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說(shuō)明本人完全了解中北大學(xué)有關(guān)保管、使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括：①學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；②學(xué)?？桑崳娨圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；③學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱；④學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流力目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；⑤學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容（保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定。）＾－簽名：日期：０６＾導(dǎo)師簽名：日期：‘、］圖書分類號(hào)

3、O643密級(jí)非密注1UDC全日制工程碩士學(xué)位論文硅銀碳納米雜化鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究校內(nèi)指導(dǎo)教師（姓名、職稱）汪存東副教授校外指導(dǎo)教師（姓名、職稱）程亞軍副研究員申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別工程碩士所在領(lǐng)域（研究方向）化學(xué)工程論文提交日期2017年4月10日論文答辯日期2017年5月24日學(xué)位授予日期年月日論文評(píng)閱人張立新王懷法答辯委員會(huì)主席余和平2017年04月21日中北大學(xué)學(xué)位論文硅銀碳納米雜化鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究摘要硅的質(zhì)量比容量高、充放電平臺(tái)低、資源豐富、安全性好等優(yōu)點(diǎn)使其成為了最有潛力的鋰離子電池負(fù)極替代材料。

4、但硅本身存在兩大缺陷：體積膨脹和導(dǎo)電性差。導(dǎo)致其壽命短、循環(huán)性差。目前，改善硅基負(fù)極的鋰電性能的措施包括：納米化，復(fù)合化以及合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。納米化是通過(guò)將硅的尺寸減小到納米級(jí)別，從而減少硅在循環(huán)過(guò)程中的絕對(duì)體積膨脹和破碎。如硅納米顆粒、硅納米管等。復(fù)合化是將硅與碳、金屬、非金屬等緩沖基質(zhì)復(fù)合，緩解體積膨脹，增強(qiáng)硅基負(fù)極的導(dǎo)電性。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指的是通過(guò)對(duì)硅基負(fù)極構(gòu)筑多層次結(jié)構(gòu)來(lái)容納硅的體積膨脹，抑制SEI膜形成。其中金屬銀單質(zhì)由于具有良好的機(jī)械性能和導(dǎo)電性而被廣泛研究。但金屬銀屬于貴金屬，銀的大量使用會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的加大不利于產(chǎn)業(yè)

5、化。另外在鋰離子電池充放電的過(guò)程中銀的嵌鋰能力及其有限。所以銀的大量使用還會(huì)導(dǎo)致負(fù)極材料容量的降低。為了解決這一系列問(wèn)題，本論文從以下幾個(gè)方面入手：第一，通過(guò)制備硅銀碳納米雜化材料引入碳基質(zhì)，不僅有利于降低材料的成本，同時(shí)有利于形成連續(xù)的導(dǎo)電基質(zhì)，緩解硅基負(fù)極在循環(huán)過(guò)程中的體積膨脹。第二：制備超小的銀納米粒子，銀納米粒子的減小有利于刺激誘導(dǎo)電場(chǎng)的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)碳基質(zhì)的導(dǎo)電性。第三：制備不同形貌的銀納米粒子如銀納米棒，有利于形成三維交聯(lián)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。本論文中重要研究結(jié)果如下：（1）通過(guò)超聲分散法制備硅銀負(fù)極并對(duì)其鋰電性能進(jìn)行研究，我們發(fā)

6、現(xiàn)通過(guò)與銀納米粒子進(jìn)行復(fù)合，可以顯著改善硅基負(fù)極的鋰電性能。但是隨著銀含量的增多，硅銀負(fù)極的整體比容量有所下降。說(shuō)明大量的銀的存在會(huì)導(dǎo)致硅基負(fù)極的容量的降低。（2）通過(guò)簡(jiǎn)單的固化煅燒法制備銀碳負(fù)極并對(duì)其鋰電性能進(jìn)行研究，我們發(fā)現(xiàn)少量的銀納米粒子的存在可以顯著改善熱解碳負(fù)極的鋰電性能。（3）通過(guò)簡(jiǎn)單的固化煅燒法制備硅銀碳負(fù)極并對(duì)其鋰電性能進(jìn)行研究，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所制備的碳基質(zhì)為氮參雜的碳。通過(guò)對(duì)納米雜化材料負(fù)極的鋰電性能進(jìn)行表征，我們發(fā)現(xiàn)在硅碳負(fù)極中引入銀納米粒子可以顯著改善其倍率性能，尤其是在大電流密度下，中北大學(xué)學(xué)位論文硅銀碳負(fù)極

7、表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。這說(shuō)明銀的加入顯著改善了碳基質(zhì)的導(dǎo)電性。（4）通過(guò)引入形貌調(diào)控劑，我們得到了含有銀納米棒的硅銀碳納米雜化材料。在對(duì)所制備的復(fù)合材料進(jìn)行鋰電性能表征之后，我們可以發(fā)現(xiàn)含有銀納米棒的硅銀碳納米雜化材料表現(xiàn)出了最佳的倍率性能，可能由于銀納米棒的加入有利于形成交聯(lián)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)從而極大地改善鋰離子電池的倍率性能。關(guān)鍵詞：鋰離子電池，負(fù)極材料，納米硅，碳包覆，硅銀碳負(fù)極，銀納米棒中北大學(xué)學(xué)位論文PreparationandpropertiesofSi/Ag/Cnanocompositeasanodematerialsforl

8、ithiumionbatteriesAbstractSiliconhasbeenregardedasthemostpromisinganodematerialforlithiumionbatteriesforitshighestspecificca