SiO2_C锂离子电池负极材料的制备及性能研究

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1、SiO2/C锂离子电池负极材料的制备及性能研究SiO2/CCompositeAnodesforLithiumIonBatteryandtheirElectrochemicalPerformance工程领域：材料工程作者姓名：王思琪指导教师：师春生教授企业导师：樊勇利研究员天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津大学或其他

2、教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。Ｉ学位论文作者签名：签字日期：年／曰４／ｈ月／：：：学位论文版权使用授权书丨；本学位论文作者完全了解天津大学有关保留。、使用学位论文的规定特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库讲行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明

3、）－学位论文作者签名：ｉ？？放导师签名：Ｉ＜丨签字曰期：年月曰签字曰期：灰年仏月曰／＞＂７／：摘要二氧化硅(SiO2)由于其原材料来源广泛、储量丰富、成本低廉、无环境污-1染、放电电压平台低、制备方法简单和理论比容量高(~1965mAhg)等优点，已逐渐成为锂离子电池负极材料的研究热点之一。与过渡金属氧化物类似，SiO2材料在充放电过程中体积变化大(~300%)，电极整体结构易遭到破坏，甚至粉碎瓦解，最终造成快速的容量衰减和较大的不可逆容量；同时SiO2本征导电性差，+低的电导率也会阻碍锂离子

4、(Li)的快速脱出嵌入，影响离子和电子的传输效率，导致材料倍率性能和循环性能较差。目前，研究者主要从材料结构设计和制备纳米工程化角度出发，并通过与碳材料复合来改善材料的体积膨胀和导电性差的问题。本论文采用绿色无污染、成本低廉的九水偏硅酸钠为硅源，利用化学沉淀法，控制醇水比例，与浓盐酸反应制得纳米SiO2材料；同时以多巴胺盐酸盐为碳源，实现碳包覆结构，得到SiO2/C纳米复合材料；并研究了不同温度热处理后SiO2/C复合材料电化学性能的变化规律。结果表明：随热处理温度的升高，SiO2/C纳o米复合材料的比容量逐渐增

5、加；其中，经1100C处理的SiO2/C复合材料比容-1-1量在0.1Ag电流密度下循环200圈后可以保持在660mAhg，具有最好的结构稳定性和高的循环性能。此外，在SiO2/C复合材料的基础上，采用原位CVD的工艺制备了碳纳米管修饰的SiO2/C/CNTs复合材料。结果表明，CNTs均匀负载在SiO2/C基体中，并形成了三维导电网络，提高了材料的导电性和结构完整性。SiO2/C/CNTs复合材-1-1料在0.05Ag电流密度下充放电循环100圈后，比容量可保持500mAhg。另一方面，进一步通过在SiO2@C

6、复合材料表面均匀负载金属钴颗粒改善其导电性。-1结果表明：SiO2@C@Co复合材料以0.1Ag电流密度循环100圈后，比容量可-1以保持在395mAhg左右，与SiO2@C复合材料相比电化学性能得到很大提高；最后，通过部分腐蚀的方法制备了类蛋黄结构的SiO2@void@C复合材料，利用在SiO2球与碳层之间形成的空隙，为体积膨胀提供缓冲空间来改善材料电化学-1性能。结果显示：SiO2@void@C复合材料在0.1Ag的电流密度下循环100圈-1后，仍可保持约293mAhg的可逆比容量，与SiO2@C复合材料相比

7、，其电化学性能得到提高。I关键词：二氧化硅/碳，碳纳米管，类蛋黄结构，锂离子电池，负极材料IIABSTRACTSilica(SiO2)hasgraduallybecomeoneofthecurrenthotspotswhenitisusedastheanodematerialforthelithiumionbatteriesbecauseofitswiderawmaterialsources,vastreservesandlowcost.Besides,theSiO2haslowplateaupotentiala

8、nd-1hightheoreticalspecificcapacity(1965mAhg).Moreimportantly,itiseasytoprepareandenvironmentallyfriendliness.However,similartothetransitionmetaloxide,theSiO2alsosuffersalargevolumechange