硅銀碳納米雜化鋰離子電池負極材料的制備及性能研究

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1、Ｏ３分類號：６３４１０１１０單位代碼：．學(xué)號：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立進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其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已

2、在文中以明確方式標明。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)校可以采用影印、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

3、O643密級非密注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學(xué)位級別工程碩士所在領(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閱人張立新王懷法答辯委員會主席余和平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、充放電平臺低、資源豐富、安全性好等優(yōu)點使其成為了最有潛力的鋰離子電池負極替代材料。

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。納米化是通過將硅的尺寸減小到納米級別，從而減少硅在循環(huán)過程中的絕對體積膨脹和破碎。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，增強硅基負極的導(dǎo)電性。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計指的是通過對硅基負極構(gòu)筑多層次結(jié)構(gòu)來容納硅的體積膨脹，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程中銀的嵌鋰能力及其有限。所以銀的大量使用還會導(dǎo)致負極材料容量的降低。為了解決這一系列問題，本論文從以下幾個方面入手：第一，通過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，同時有利于形成連續(xù)的導(dǎo)電基質(zhì)，緩解硅基負極在循環(huán)過程中的體積膨脹。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)電場的產(chǎn)生，從而增強碳基質(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）通過超聲分散法制備硅銀負極并對其鋰電性能進行研究，我們發(fā)

6、現(xiàn)通過與銀納米粒子進行復(fù)合，可以顯著改善硅基負極的鋰電性能。但是隨著銀含量的增多，硅銀負極的整體比容量有所下降。說明大量的銀的存在會導(dǎo)致硅基負極的容量的降低。（2）通過簡單的固化煅燒法制備銀碳負極并對其鋰電性能進行研究，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極的鋰電性能。（3）通過簡單的固化煅燒法制備硅銀碳負極并對其鋰電性能進行研究，我們發(fā)現(xiàn)實驗所制備的碳基質(zhì)為氮參雜的碳。通過對納米雜化材料負極的鋰電性能進行表征，我們發(fā)現(xiàn)在硅碳負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)位論文硅銀碳負極

7、表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。這說明銀的加入顯著改善了碳基質(zhì)的導(dǎo)電性。（4）通過引入形貌調(diào)控劑，我們得到了含有銀納米棒的硅銀碳納米雜化材料。在對所制備的復(fù)合材料進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，負極材料，納米硅，碳包覆，硅銀碳負極，銀納米棒中北大學(xué)學(xué)位論文PreparationandpropertiesofSi/Ag/Cnanocompositeasanodematerialsforl

8、ithiumionbatteriesAbstractSiliconhasbeenregardedasthemostpromisinganodematerialforlithiumionbatteriesforitshighestspecificca