硅基锂离子负极材料之分析

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1、硅基锂离子负极材料之分析第一章绪论1.1引言电池是一种通过电化学氧化还原反应将电极中的化学能转化成电能的能量存储系统。一个电池系统包括一对存储能量的耦合电极和导通两电极的导电电解质。电池分两类：原电池和二次电池（又称为可充电电池），化学能消耗完之后，原电池不可恢复，而二次电池通过可逆的氧化还原反应可以恢复成原有的化学成分，可持续如此充放电几百甚至上千次。锂离子二次电池（以下简称锂离子电池）是90年代出现的新型化学电源，是继镍镉电池和金属氢化物电池之后的第三代可充电绿色电池。近年来，集成电路快速发展，使得电

2、子产品更趋于小型化、易携带。与常用的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池以及其他传统可充电电池相比，锂离子电池是当今国际公认的理想化学能源，具有体积小、电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全无污染等优点，己被广泛作为便携式电子产品的能量存储装置。目前动力汽车造成石油燃料消耗和二氧化碳过度排放导致的环境问题，使得安全节能、绿色环保的电动交通工具得到了快速发展，国内外研发趋势显示，锂离子电池在电动汽车（EV、HEV)、军事以及航空航天领域、储能等方面的应用开发已经全面启动，锂离子电池己经从小型电子产品应用领域扩展到大

3、功率动力性领域，向着更加广阔的空间迅速发展。这就对锂离子电池提出来新的更高的要求，针对动力性电池，要求电极材料具有高容量、高效率、高安全性等特点，同时为锂电池未来的发展指明了方向。1.2银电池发展简史、工作原理和性能特点1.2.1发展简史1912年，Leond首先提出了采用嵌锂化合物代替锂离子二次电池中的金属锂负极的新构想，Scrosati及其同事命名这种电化学体系为摇椅式电池（rockingchairbatteries)。1987年，Auborn[2]成功制作了安全性大为改善、具有良好的循环寿命的Mo0

4、2/LiPF6-PC/LiCo02型的摇椅式电池，证明了这种构想的可行性，但由于负极材料（形成UMo02,Lioli两大电池公司推出以碳为负极的锂离子电池，从而引起了更多人的关注，1993年美国Bellcore公司首先报到了新型聚合物锂离子电池，1999年聚合物锂离子电池实现商业化，锂离子电池的研发应用迅猛发展。1.2.2锂离子电池结构简介和工作原理锂离子电池己经应用到各个领域中，电池的结构类型也有很多种。为了满足不同用途的需求，目前商业化的典型锂离子电池主要有以下几种类型：圆柱形、纽扣式、棱柱形和薄型。

5、不管是哪种锂离子电池，其基本结构都包含正极、负极、电解质、隔膜、电极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、PTC(正温度控制端子）和电池壳。图1.1展示了这几种常见的锂离子电池结构以及电池组分示意图，其中a、b、c、d分别表示圆柱形、纽扣式、棱柱形和薄型141、如图1.1所示，一块完整的锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解质、电极引线和外壳五大部分组成，其中核心部分是正极、负极、电解质。锂离子电池正极材料一般采用含锂的化合物，如LiCo02、LiNi02、LiMn204等；负极材料一般采用锂-碳层间化合物L

6、ixCe;电解质不能传导电子，但可以作锂离子的传导介质，液态电解质是溶解了锂盐(LiPF6、LiAsF6、LiC104等）的有机溶剂，不仅有液态电解质还有胶态和固态的聚合物作为电解质传导锂离子，并且与传统的液体电解质相比具有众多优点。第二章硅负极材料的制备与表征本章节介绍实验中采用的硅负极材料的制备、表征和分析。主要内容包括：制备三种不同尺度的硅颗粒分别所需的原材料与仪器设备，不同尺度硅颗粒的制备方法与流程，对所制备的样品形貌结构进行表征分析时采用的方法和仪器以及相应的分析结果。2.1原材料及仪器设备实验

7、中使用的主要原料和试剂有：四英寸N型（100)单晶硅片，40%左右的硅纳米颗粒。再将通过研磨硅纳米线得到的硅纳米颗粒样品放入恒温鼓风干燥箱中，于65°C下烘烤24h待用。第三章硅基锂电池负极的制作.................28-493.1电极制作...............28-303.1.1集流极选取...............283.1.2工作物质浆料制备...............28-293.1.3电极片制作...............29-303.2半电池组装......

8、.........30-313.3半电池测试...............31-333.4结果与分析...............33-483.4.1硅颗粒尺寸对循环性能的影响...............34-363.4.2电极结构对循环性能的影响...............36-433.4.3影响循环性能的其他因素...............43-483.5本章小结...............48-49第四章总结与展