硅银碳纳米杂化锂离子电池负极材料的制备及性能研究

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1、Ｏ３分类号：６３４１０１１０单位代码：．学号：Ｓ１４０４０８３ｒｍ；ｍＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔＯｆＣ中北大学ｙ全日制工程硕士学位论文硅银碳纳米杂化锂离子电池负极材料的制备及性能研究硕士研究生尹珊珊校内指导教师汪存东校外指导教师程亚军所在领域化学工程原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已

2、在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流力目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定。）＾－签名：日期：０６＾导师签名：日期：‘、］图书分类号

3、O643密级非密注1UDC全日制工程硕士学位论文硅银碳纳米杂化锂离子电池负极材料的制备及性能研究校内指导教师（姓名、职称）汪存东副教授校外指导教师（姓名、职称）程亚军副研究员申请学位级别工程硕士所在领域（研究方向）化学工程论文提交日期2017年4月10日论文答辩日期2017年5月24日学位授予日期年月日论文评阅人张立新王怀法答辩委员会主席余和平2017年04月21日中北大学学位论文硅银碳纳米杂化锂离子电池负极材料的制备及性能研究摘要硅的质量比容量高、充放电平台低、资源丰富、安全性好等优点使其成为了最有潜力的锂离子电池负极替代材料。

4、但硅本身存在两大缺陷：体积膨胀和导电性差。导致其寿命短、循环性差。目前，改善硅基负极的锂电性能的措施包括：纳米化，复合化以及合理的结构设计。纳米化是通过将硅的尺寸减小到纳米级别，从而减少硅在循环过程中的绝对体积膨胀和破碎。如硅纳米颗粒、硅纳米管等。复合化是将硅与碳、金属、非金属等缓冲基质复合，缓解体积膨胀，增强硅基负极的导电性。合理的结构设计指的是通过对硅基负极构筑多层次结构来容纳硅的体积膨胀，抑制SEI膜形成。其中金属银单质由于具有良好的机械性能和导电性而被广泛研究。但金属银属于贵金属，银的大量使用会导致生产成本的加大不利于产业

5、化。另外在锂离子电池充放电的过程中银的嵌锂能力及其有限。所以银的大量使用还会导致负极材料容量的降低。为了解决这一系列问题，本论文从以下几个方面入手：第一，通过制备硅银碳纳米杂化材料引入碳基质，不仅有利于降低材料的成本，同时有利于形成连续的导电基质，缓解硅基负极在循环过程中的体积膨胀。第二：制备超小的银纳米粒子，银纳米粒子的减小有利于刺激诱导电场的产生，从而增强碳基质的导电性。第三：制备不同形貌的银纳米粒子如银纳米棒，有利于形成三维交联导电网络。本论文中重要研究结果如下：（1）通过超声分散法制备硅银负极并对其锂电性能进行研究，我们发

6、现通过与银纳米粒子进行复合，可以显著改善硅基负极的锂电性能。但是随着银含量的增多，硅银负极的整体比容量有所下降。说明大量的银的存在会导致硅基负极的容量的降低。（2）通过简单的固化煅烧法制备银碳负极并对其锂电性能进行研究，我们发现少量的银纳米粒子的存在可以显著改善热解碳负极的锂电性能。（3）通过简单的固化煅烧法制备硅银碳负极并对其锂电性能进行研究，我们发现实验所制备的碳基质为氮参杂的碳。通过对纳米杂化材料负极的锂电性能进行表征，我们发现在硅碳负极中引入银纳米粒子可以显著改善其倍率性能，尤其是在大电流密度下，中北大学学位论文硅银碳负极

7、表现出了优异的性能。这说明银的加入显著改善了碳基质的导电性。（4）通过引入形貌调控剂，我们得到了含有银纳米棒的硅银碳纳米杂化材料。在对所制备的复合材料进行锂电性能表征之后，我们可以发现含有银纳米棒的硅银碳纳米杂化材料表现出了最佳的倍率性能，可能由于银纳米棒的加入有利于形成交联的导电网络从而极大地改善锂离子电池的倍率性能。关键词：锂离子电池，负极材料，纳米硅，碳包覆，硅银碳负极，银纳米棒中北大学学位论文PreparationandpropertiesofSi/Ag/Cnanocompositeasanodematerialsforl

8、ithiumionbatteriesAbstractSiliconhasbeenregardedasthemostpromisinganodematerialforlithiumionbatteriesforitshighestspecificca