硅基复合负极材料的制备及其电化学性能研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zemao1988
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
电动汽车、便携式电子产品和可再生能源存储系统的快速发展,对下一代锂离子电池(LIBs)的循环性能和能量密度提出了更高的要求。其中,电极材料的性能是影响LIBs电化学性能的关键因素之一。硅的理论容量高(Li22Si5形式的4200m Ah·g-1)、工作电位低(<0.5V vs.Li+/Li)且储量丰富,是最有应用前景的新一代LIBs负极材料。然而,硅负极的导电性差,并且在充放电过程中伴随着严重的体积膨胀(>300%)导致电极的粉化和差的循环性能,阻碍了硅基负极材料的商业应用。为了提高硅基负极材料的电化学性能,本论文以纳米硅为原材料,采用不同工艺制备了Si@Ti2O3/C和Si/CNTs@C复合材料,采用X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等手段表征了复合材料的结构,并进一步研究材料的结构与其电化学性能之间的关系。(1)以硅、钛酸丁酯和Super P为原料,通过溶剂热、机械球磨和高温煅烧三步法制备了Si@Ti2O3/C复合材料。结果表明,Si@Ti2O3/C复合材料作为LIBs负极材料表现出优异的高倍率和循环性能。在nSi:n TBT=3:1条件下制备的Si@Ti2O3/C复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度从0.2 A·g-1增加至0.4、1、2、4、6、8和10 A·g-1时,其比容量分别为3209、3119、2829、2554、2213、1967、1678和1460 m Ah·g-1,当电流密度返回至0.4 A·g-1时,比容量又恢复到2573m Ah·g-1。同时,Si@Ti2O3/C复合材料在6 A·g-1电流密度下充放电循环100次后,其比容量为1524 m Ah·g-1,即使在10 A·g-1的电流密度下充放电循环100次后,比容量仍保持在63%以上。优异的电化学性能得益于Si@Ti2O3/C复合材料中Ti2O3和Super P形成的导电网络,该导电网络不仅确保电子和离子的快速传输,还可以在充放电过程中保持电极良好的整体性。(2)以硅、CNTs、三聚氰胺和甲醛为原料,十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂,采用静电自组装、水热处理和高温碳化三步法制备了Si/CNTs@C复合材料。当CNTs含量为10.4 wt.%时,Si/CNTs@C复合材料具有最优的电化学性能,在电流密度为0.2、0.5、1、2、3、4和5 A·g-1下的比容量分别为2000、1879、1688、1394、1189、970和752 m Ah·g-1,当电流密度返回0.2 A·g-1时,比容量恢复到1637 m Ah·g-1,容量保持率为81.85%。同时,该复合材料在0.5A·g-1的电流密度下充放电循环100次后的比容量为1185 m Ah·g-1,超过传统石墨理论比容量(372 m Ah·g-1)的三倍,并且在3 A·g-1下循环200次后比容量仍保持471 m Ah·g-1。优异的电化学性能主要在于复合材料中均匀分散的CNTs形成的离子和电子快速导电网络,缩短了锂离子的传输路径,同时,三聚氰胺基炭包覆层不但确保了在充放电过程中纳米硅颗粒与CNTs之间的紧密接触,而且确保了Si/CNTs@C复合材料的结构完整性。
其他文献
可充电锂离子电池由于其高能量密度已在便携式电子产品中(例如手机)广泛商业化。但是,锂离子电池目前仍面临着两个最主要挑战:(1)商业化石墨负极材料的理论容量低等缺点,难以满足作为人类社会对动力电源的需求;(2)锂资源短缺严重阻碍了其在大规模储能装置的应用。因此,一方面,可以开发新颖结构、形貌可控且高比容量的负极材料替代商业化石墨负极来提升锂离子电池性能;另一方面,开发新型钾离子电池作为锂离子电池的候
近20年来,低维纳米结构材料,如纳米线、纳米管、纳米棒、纳米片等,由于其低维化诱导区别于体相的独特物理和化学性质而受到广泛的关注。对于低维纳米结构材料的可控合成并调控其器件特性是材料研究领域中的一个挑战。因此,研究低维纳米结构材料的可控合成及其性能调控具有十分重要的科学意义。本论文以单晶碲(Te)纳米线和二硒化钨(WSe2)纳米片薄膜为研究对象,利用物理气相沉积方法,在三温区管式炉中可控合成一维T
当前半导体技术的微缩与高密度集成已经逼近极限,于是人们对新一代存储器寄予厚望。这其中忆阻器,凭借存储容量大,处理效率高以及多功能化集成于单个器件等众多显著优势,受到广泛的关注。目前研究较为成熟的传统氧化物忆阻器,通过缩减器件特征尺寸可获得较低工作电压,但此项举措会增加开关介质的泄漏电流,从而增加芯片功耗,通常较难达到器件尺寸缩放与低功耗并存的平衡。二维半导体材料具有原子层级别的厚度,有望解决器件尺
电子-正电子等离子体一般广泛地存在于自然界的早期宇宙中,同时,在人类不断探索的漫漫科研道路上发现电子-正电子等离子体也可以在实验室的实验中产生,为等离子物理学开辟了一个崭新的方向,自然也就吸引了热爱科研人员的强烈兴趣。随着技术的发展和进步,科研的日益创新,人类在等离子体物理方面有关电子-离子等离子体中静电波的研究及其物理意义的分析进行了广泛的探索并得到了很多有利于科研拓展的结论及突破。然而,对电子
著名教育家陈鹤琴先生说:"幼稚教育是一件复杂的事情。不是家庭一方面可以单独胜任的,也不是幼稚园一方面能单独胜任的,必定要两方面共同合作方能得到充分的功效。"幼儿教育是幼儿园、家庭和社会三方面教育共同作用的结果,其中,家庭是幼儿接受教育的第一场所,家长是幼儿的第一责任人,家长的一言一行对幼儿的行为习惯有重要的影响。因此,教师应积极与家长沟通、交流,努力做好家长工作,并为家长提供教育指导,以提升
期刊
Black-Scholes期权定价模型为期权定价的发展作出了杰出的贡献,但其中波动率是常数的假设却与实际不符.于是,有许多研究便通过各种方式进行探索,如假设波动率是随机的,或假设带跳的随机波动率模型,以此来进一步更好地对期权进行定价.在本文中,假设一些资产的波动率之间是相关的,采用贝叶斯方法,利用多层先验模型对波动率的推断进行研究.探讨估计波动率进而对期权进行定价的方法较传统的期权定价方法更精确.
人字齿轮传动系统的承载能力强、轴向负载小、传动平稳,可被应用于航空航天等重要领域。摩擦激励普遍存在于各种机械传动系统之中,有着约占总量三分之一的一次性能源被摩擦消耗,超过半数的机械零部件失效及机械装备恶性事故与摩擦磨损息息相关。摩擦激励对机械传动系统的影响不容忽视。对人字齿轮传动引入摩擦激励因素,探讨其动力学性能,并分析对中误差和齿顶修形对含摩擦人字齿轮传动动力学特性的影响。主要研究内容:(1)无
随着某些特种陶瓷材料的研究及应用越来越广泛深入,对其加工提出了更高的要求。对于陶瓷材料的加工磨削是一种重要的加工方式,一般采用金刚石砂轮加工某特种陶瓷材料。而传统的湿磨削难以满足某特种陶瓷材料的性能需求,故本文提出采用干磨法代替湿法磨削。而干法磨削机床被国外垄断,国内对干法磨削机床的研究尚处于起步阶段。本文自主开发的干磨无心外圆磨床在国内拥有完全自主知识产权。本文主要研究用于某特种陶瓷材料干磨的无
球墨铸铁QT700-2是汽车曲轴材料,在其磨削加工中为了保证质量需要进行在线监测,声发射AE技术是无损监测适合需求。研究了声发射技术结合机器学习、深度学习实现球墨铸铁QT700-2磨削表面粗糙度的高精度智能预测。同时,在工程陶瓷精密磨削加工中,存在塑性磨削到脆性磨削转变的现象,研究了氧化锆陶瓷磨削脆塑性转变的声发射监测。本文首先分析了声发射监测磨削质量中以上两个问题的研究现状,介绍了声发射相关理论
考虑到机械结构所处环境、制造误差、部分参数之间存在相关性等因素的影响,像材料参数、几何参数之类的重要参数间会存在一定的不确定性与相关性。而近些年对机械结构的不确定性、可靠性与相关性问题的研究也越来越普遍,且出现了很多行之有效的随机、可靠性与相关性方法。然而,就方法本身以及对比确定性问题来说还远远不够,已有的新型有限元算法与随机方法的结合并在某些问题中得以应用与改善、新型不确定性方法的研究等工作还需