锂离子电池纳米硅复合负极材料的制备与研究.pdf

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1、分类号UDC密级——单位代码lQl5l锂离子电池纳米硅复合负极材料的制备与研究程美康指导教师文钟晟职称学位授予单位大连海事大学副教授申请学位级别硕士学科(专业)材料科学与工程论文完成日期2011-5答辩日期201卜6答辩委员会主席kqLr．一：．．‘-一印‘‘一’?。。．_、‘‘．．’。1屯_。甘．。．j：；。：～■t：jt，。≥‘‘0t．joj：+囊1i·，二‘：。}，’：r，‘’，’SynthesisandCharacterizationofCompositeNano-siliconAnodeMa

2、terialsforLithiumIonBatteryAthesisSubmittedtoDalianMaritimeUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringbyChengMeikang(MaterialsScienceandEngineering)ThesisSupervisor：AssociateProfessorWenZhongshengJune2011

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4、，，iiii¨i●■___■㈣6㈣9㈣8Ⅲ川Ⅲ●I啪Y．：I：．，-●-、’1I————一，争大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博／硕士学位论文二—盆珏睦望熊型翻望复丝薹蛰垒翊琶孛牡除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：学位论文版权

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6、提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：保密口在——年解密后适用本授权书。不保密口(请在以上方框内打“√”)论文作者签名：零蔽导师签名：日期：20l『年6月勰日—r、●中文摘要摘要硅具有较高的理论嵌锂容量(4200mAh／g)而备受人们关注，但硅作为锂离子电池的负极材料在脱嵌锂过程中体积膨胀非常严重，引起材料的粉化和破裂，导致循环性能变差。减小电极材料的尺寸是缓解体积效应的途径。本文基于气一液一固生长机理，通过化学气相沉积的方法，合成了具有新型复合结构的硅类负极材料，通过工艺参数的

7、优化，得到了电化学性能优异的富含硅纳米线的纳米硅复合负极材料。这种复合电极材料的创制，能显著降低硅的体积膨胀产生的不可逆容量，有效提高材料的首次库伦效率。本文以硅烷作为硅源，基于传统气一液一固的硅纳米线生长模式，通过改进气相沉积工艺，利用硅一金低共熔颗粒的低熔点特性，在高温环境下通过蒸发一沉积的模式，建立了VSL二次沉积的新方法，通过反应气氛、温度、压力和流量的调控，对制备硅纳米复合材料的工艺参数进行了系统性优化及后处理。结果表明以硅烷／氢气作为反应气氛、反应温度为500"C、低压(压力为．0．09M

8、pa)和流量为0．25l／min的条件为本论文最优制备工艺条件。采用XRD、Raman和SEM等方法对电极表面形貌和组成进行了表征，采用室温恒流充放电、循环伏安和交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行了测试与分析。在最优工艺条件下制备的电极表面为富含硅纳米线的硅纳米颗粒／硅一金纳米颗粒／硅纳米线的连续网络结构的三元复合负极材料。在恒流充放电电流为0．05mA的条件下进行循环，首次放电比容量为3071．8mAh／g，首次充放电库伦效率高达90．37％，后续20次循环库伦效率保持在95％以上。研究结果表明，

9、循环20次后的硅纳米线虽然由于其固有的体积效应导致了线径的增加，但仍然保持完整的线状结构，未出现体相结构常见的粉化与破裂。这是材料保持良好的电化学性能的重要原因。关键词：锂离子电池：=次沉积：纳米硅，i复合负极材料，i库伦效率◆今英文摘要ABSTRACTSiliconpossessedthehigllesttheoreticalcapacity(4200mAh／g)ofallknownanodematerialandissuggestedasaproms