学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

机械合金化法制备锂离子电池Si基负极材料及其电化学性能研究

作　者: 张磊
导　师: 姜训勇
学　校: 天津理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 纯硅 碳掺杂 金属Al掺杂 充放电性能 扩散系数
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 69次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


本文以新能源方向的锂离子电池硅基负极为主要研究目标，以机械合金化法为材料制备方法，以纯Si为主要研究对象，对其进行20h到100h的高能球磨，并在后期材料的制备过程中加入石墨、炭黑或金属Al进行掺杂。采用X射线衍射仪进行结构分析，采用扫描电子显微镜进行表面形貌分析，采用粒度分析仪对材料粒度分析，采用LAND电池测试系统进行充放电测试，采用IM6电化学工作站进行动力学分析，综合以上分析结果对Si材料用作锂离子电池的负极提出合理的改进措施。对于纯Si材料，随着球磨时间的增大材料的非晶化程度增加，但是并不能形成完全的非晶相，其中球磨100h的非晶化程度最高；经过球磨后材料的平均粒径由原来的29μm变成0.2μm；分析不同球磨时间的表面形貌发现，原始材料为大的块状，球磨后材料变成小的圆形颗粒状，并且球磨100h后有团聚现象出现。通过对Si不同球磨时间的材料充放电结果分析发现，Si材料的首次放电比容较高，但放电比容量损失较大，循环性能差，经过球磨的材料能增加首次放电比容量。经过动力学分析发现，经过球磨的材料由于结构疏松其扩散系数增大。为了改善循环性能对于Si进行掺杂，经过80h的球磨发现，碳掺杂或Al掺杂都形成大量不储锂的惰性相，但非晶化程度较高；其平均粒径与纯Si材料球磨后基本相同，并且没有块状颗粒，都有团聚现象。经充放电测试，掺杂后的材料首次放电比容量降低，循环性能有一些改善，金属Al掺杂的材料循环性能较好，容量损失平稳。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-19
  1.1 锂离子电池  9-13
    1.1.1 锂离子电池简介  9
    1.1.2 锂离子电池特点  9-11
    1.1.3 锂离子电池正极材料  11-13
  1.2 硅基材料及其研究意义  13-14
    1.2.1 包覆型复合材料  14
    1.2.2 嵌入型复合材料  14
    1.2.3 分子接触型复合材料  14
  1.3 机械合金化法  14-16
    1.3.1 机械合金化法的发展  14-15
    1.3.2 机械合金化法的应用  15-16
  1.4 电极过程动力学  16-17
  1.5 本文的研究内容及意义  17-19
    1.5.1 本文研究内容  17
    1.5.2 本文研究意义  17-19
第二章 实验方法  19-27
  2.1 工艺流程  19
  2.2 样品的球磨  19-21
    2.2.1 球磨方案  19-20
    2.2.2 球磨罐的封装  20-21
  2.3 粒度分析  21-22
  2.4 XRD结构分析  22
  2.5 SEM表面形貌  22
  2.6 电池封装  22-23
    2.6.1 扣式电池的组装  22-23
    2.6.2 三电极体系的封装  23
  2.7 充放电性能测试  23-24
  2.8 动力学分析  24-27
    2.8.1 循环伏安测试  24
    2.8.2 电化学阻抗测试  24-25
    3.8.3 锂离子在固相中的扩散  25-27
第三章 纯Si材料的研究  27-40
  3.1 球磨时间对材料的影响  27-30
    3.1.1 球磨时间对材料粒度的影响  27
    3.1.2 球磨时间对材料结构的影响  27-28
    3.1.3 球磨时间对材料表面形貌的影响  28-30
  3.2 原始硅粉的研究  30-33
    3.2.1 充放电性能测试  30-31
    3.2.2 动力学研究  31-33
  3.3 合金化材料的研究  33-37
    3.3.1 充放电性能测试  33-35
    3.3.2 动力学研究  35-37
  3.4 合金化前后性能对比  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 掺杂后材料的研究  40-51
  4.1 石墨的掺杂  40-44
    4.1.1 材料性能分析  40-42
    4.1.2 充放电性能测试  42-44
  4.2 炭黑的掺杂  44-48
    4.2.1 材料性能分析  44-46
    4.2.2 充放电性能测试  46-48
  4.3 金属Al的掺杂  48-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 结论与展望  51-52
  5.1 结论  51
  5.2 展望  51-52
参考文献  52-56
发表论文和科研情况说明  56-57
致谢  57-58

相似论文

  1. 莴笋渗透脱水传质动力学及渗后热风干燥特性研究,TS255.52
  2. 药品扩散中的优化控制及其数值方法,R91
  3. 新型可见光催化剂BiVO4的制备与研究,O643.36
  4. 碳掺杂及半金属TiO2纳米管有序阵列膜的场电子发射特性研究,TB383.2
  5. 锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备及改性研究,TM912
  6. 水热法制备LiFePO_4粉体及碳包覆改性与电化学性能研究,TB383.3
  7. 锂离子电池负极材料—碳化钙骨架碳的制备及改性研究,TM912
  8. 80例病毒性脑炎磁共振成像及其他辅助检查的回顾性分析,R445.2
  9. 太阳能光伏照明系统充放电性能检测装置设计,TM923.4
  10. ZnO的体相和表面改性及可见光光催化性能研究,O643.36
  11. 考虑波浪破碎影响的近岸三维泥沙数学模型,P731.22
  12. 超级电容器用沥青基活性炭微球的研究,TM53
  13. LiFePO_4-C复合粉体的水热法合成及其性能研究,TM912
  14. 碳和氮掺杂TiO_2薄膜的制备及其光电化学性能研究,O484.1
  15. 全固态薄膜锂离子电池的研究,TM912
  16. TiO_2基纳米管吸附—光催化氧化脱除燃煤烟气中单质汞的研究,X701.7
  17. 锂离子电池正极材料LiFePO_4的改性研究,TM912
  18. 钛/硅杂化膜的防腐性能及小分子在膜中扩散致腐行为,TG171
  19. 牛奶纤维染色理论的研究,TS193.8
  20. 振荡介质中非线性平面波的折射与反射,P631.4
  21. 基于高阶偏微分方程的图像去噪算法研究,TP391.41

中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
© 2012 www.xueweilunwen.com