水凝胶衍生的三维多孔硅基材料的制备及其储锂性能研究

发布时间：2025-05-27 01:05

　　硅基材料因具有超高的理论容量(4200 mA h g-1)和丰富的资源储藏等优点,有望成为下一代替代石墨的锂离子电池负极材料。然而,这类材料不仅本身导电性差,而且在脱/嵌锂过程中发生严重的体积变化,从而导致电极材料的粉化和脱落,使锂离子电池的电化学性能不能满足人们的要求,表现出快速的容量衰减和差的倍率性能。因此,如何改善硅基材料的导电性差和巨大的体积改变问题,制备电化学性能优异的硅基负极材料是目前研究的热点和重点。本论文发展了一种简单的水凝胶衍生的合成方法,即通过纳米硅与设计合成的几种碳介质的原位复合,制备出电化学性能得到显著改善的硅碳纳米多孔复合材料。论文的主要研究工作如下:(1)利用氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(Cs)之间的静电吸引以及氢键作用合成了GO单网络水凝胶,利用该水凝胶中GO单网络将纳米硅原位、均匀地固封于其中。再经过随后的冷冻干燥以及简单的热处理过程,便制备出三维纳米多孔Si@G复合材料。相比于原始的纳米硅负极材料,经过比例优化的Si@G纳米复合材料表现出了较好的循环性能和倍率性能。例如,Si@G(1:2)(质量比)复合材料在0.5 Ag-1的电流密度下循环200圈后,依旧...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２?（坫）自支撑Ｃｏ３０４的扫描电镜图；（ｃ，ｄ）自支撑Ｃｏ３〇４的高倍透射电镜图；（ｅ）和（ｆ）??为自支撑Ｃ〇３０４的循环性能图和倍率性能图??

１．２．２锂离子电池的基本结构和工作原理??以商业化常用的钴酸锂－石墨锂离子电池为例，其工作原理符合“摇椅式电??池”，如图１－１所示［１２，１３］。在电池充电时，锂离子会从正极材料中脱出，经过电??解液的传递嵌入到负极中；当电池放电时，过程与之相反。??正极反应：ＬｉＣｏ〇２＜....

图１．３⑷呂砧㊣匸的透射电镜图；（ｂ）天然火山果的截面照片；（ｃ）和（ｄ）为Ｓｎ８＠Ｃ的高倍透??射电镜图，（ｅ）Ｓｎ８＠Ｃ的透射电镜能谱图；（〇Ｓｎ４０＠Ｃ的透射电镜图；（ｇ）和（ｈ）为Ｓｎ８＠Ｃ??的循环性能图??

次循环后仍保持有９８１?ｍＡｈ?ｇ－１的高比容量。??ＩＨＨ??图１．２?（坫）自支撑Ｃｏ３０４的扫描电镜图；（ｃ，ｄ）自支撑Ｃｏ３〇４的高倍透射电镜图；（ｅ）和（ｆ）??为自支撑Ｃ〇３０４的循环性能图和倍率性能图??１．３．３合金类负极材料??与传统的碳负极材料相比，合金类负极....

图１．４?（Ａ）空心球合成的示意图；（Ｂ－Ｄ）Ｓｉ纳米空心球的扫描电镜图；（Ｅ）Ｓｉ纳米空心球的??透射电镜图；（Ｆ）Ｓｉ纳米空心球的能量色散Ｘ射线光谱；（Ｇ）Ｓｉ纳米空心球的循环性能?

Ｌｏｏ．」??■?Ｗ?６?．—?．２°！??Ｃｙｃｌｅ?ｎｕｍｂｅｒ??图１．３⑷呂砧㊣匸的透射电镜图；（ｂ）天然火山果的截面照片；（ｃ）和（ｄ）为Ｓｎ８＠Ｃ的高倍透??射电镜图，（ｅ）Ｓｎ８＠Ｃ的透射电镜能谱图；（〇Ｓｎ４０＠Ｃ的透射电镜图；（ｇ）和（ｈ）为Ｓｎ８＠Ｃ??的循环....

图１．６?Ｓｉ／ＣＮＴ复合材料的扫描电镜图；（ｃ，ｄ）?Ｓｉ／ＣＮＴ复合材料的高倍透射电镜图；??（ｅ）和（ｆ）是Ｓｉ／ＣＮＴ复合材料的循环性能图和倍率性能图??

?第１章绪论???沉积（ＣＶＤ）方法对Ｓｉ纳米晶体上的碳涂层进行了研究。结果表明，ＣＶＤ纯??化的硅球表现出多孔结构和随后的碳涂层，有利于循环过程中的应变缓冲和。??Ｓｉ的比容量，循环稳定性和锂化机理在很大程度上取决于沉积碳含量，碳涂层??通常导致Ｓｉ的循环稳定性提高，比如Ｓｉ／....

本文编号：4047262