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基于工业废料硅的锂离子电池硅基负极材料的制备及其电化学性能研究

发布时间:2021-02-24 00:10
  硅在目前已知锂离子电池负极材料中具有最高理论比容量,约为石墨类负极的十倍,极具规模化使用潜力。然而,硅基负极材料在嵌锂反应过程中的体积膨胀高达300%以上,造成电极材料粉化,导致容量迅速衰退,而且硅较差的本征导电性,使其脱嵌锂反应的动力学性能较差。引入高电子电导率相和脱嵌锂反应惰性相以提高硅基电极的导电性和缓冲嵌锂过程的体积膨胀,是提高硅基负极材料电化学性能的有效方法。此外,高性能的硅基负极材料还存在制备成本高的问题。本论文以太阳能电池硅片切割废料Si为主要原材料,采用多种简单高效的方法制备低成本高性能的硅基负极材料。研究结果表明,废料Si经过砂磨处理后,颗粒尺寸由微米减少到亚微米,作为锂离子电池电极材料,在300 mA/g的电流密度下,首次放电和充电容量分别达到3114和1992 mA h/g,经过200次循环,容量保持有1132 mAh/g,其容量和循环性能显著提高。在350°C到950°C热处理过程中,废料Si的结晶度不断增加,材料首次库伦效率和循环稳定性随热处理温度的升高而提高。废料Si经过添加密胺和结合砂磨处理以及喷雾热解,形成了一种由富氮碳包覆Si一次颗粒组成多孔球形颗粒的... 

【文章来源】:浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】:97 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

基于工业废料硅的锂离子电池硅基负极材料的制备及其电化学性能研究


锂离子电池工作原理示意图[14]

示意图,锂离子电池,正极,材料


(6)资源储量丰富,成本低,对环境友好。图1.3是锂离子电池正极材料的电压与容量的示意图。目前的锂离子电池正极材料主要是金属锂与过渡金属元素形成的嵌锂化合物,按结构分类可以分为三类:(1)六方层状结构,例如LiCoO2(LCO);(2)立方尖晶石结构,例如LiMn2O4(LMnO);(3)正交橄榄石结构,例如LiFePO4(LPO)。图1.4是以上三种典型过渡金属氧化物正极材料的晶体结构。

示意图,正极,过渡金属,晶石


图1.3是锂离子电池正极材料的电压与容量的示意图。目前的锂离子电池正极材料主要是金属锂与过渡金属元素形成的嵌锂化合物,按结构分类可以分为三类:(1)六方层状结构,例如LiCoO2(LCO);(2)立方尖晶石结构,例如LiMn2O4(LMnO);(3)正交橄榄石结构,例如LiFePO4(LPO)。图1.4是以上三种典型过渡金属氧化物正极材料的晶体结构。(1)六方层状结构


本文编号:3048465

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