电压控制法制备硅基纳米阵列锂离子电池负极材料及其电化学性能

摘要

随着能源危机的日益严重以及人们对于能源器件要求的不断提高，新型高能量密度清洁能源的开发与应用成为目前新能源领域的热点之一。锂离子电池因其高能量密度、高工作电压等优点，在各种便携式电子设备以及电动汽车等领域都有着广泛的应用。硅基锂离子电池负极材料具有高理论比容量（4200mAh g-1）和低脱嵌锂电位（<0.5V），是目前最具前景的新一代优质锂离子电池负极材料。但硅材料在锂离子嵌入和脱出过程中产生的体积膨胀（300%-400%）以及硅材料本身低电导率等缺陷都极大的限制了硅基锂离子电池负极材料的广泛应用。
　　本文的主要工作目的是寻求合适的方法降低硅材料在电池工作过程中的体积效应，缓解体积膨胀，同时提高电极材料的导电性，以此来提升硅基锂离子电池负极材料的电化学性能。具体的研究内容如下：
　　(1)通过旋涂法以及水热法在Ta片上制备三维TiO2纳米棒阵列。采用射频溅射在TiO2纳米棒阵列上沉积一层非晶硅薄膜。利用电压控制法限制氧化钛在充电过程中脱锂过程，实现Ti-Li2O@Si核壳结构纳米棒阵列的制备。相比于在平板Ta片上溅射Si薄膜电极，Ti-Li2O@Si核壳结构纳米棒阵列电极无论在循环性能以及倍率性能等电化学性能上都得到了大幅提升，150个循环之后其放电容量仍然保持在1164mAh g-1。
　　(2)通过水热反应以及高温固相反应在泡沫镍衬底上原位生长NiO纳米片阵列。采用相同的方式完成Ni-Li2O@Si核壳结构纳米片阵列的制备。相比于泡沫镍平板上溅射Si薄膜电极，Ni-Li2O@Si核壳结构纳米片阵列电极在电池的循环性能和倍率性能等电化学性能上都得到了提升。与Ti-Li2O@Si核壳结构纳米棒阵列电极，电极的性能也更优异，500个循环之后其放电容量仍然保持在1690mAh g-1。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 锂离子电池基础

1.3 硅基锂离子电池负极材料研究进展

1.4 三维纳米结构电极研究进展

1.5 本文的选题依据与研究内容

第二章 材料制备、表征及测试方法

2.1 材料制备

2.2 材料表征

2.3 电化学性能测试

第三章 电压控制法合成Ti-Li2O@Si纳米棒阵列电极

3.1 引言

3.2 TiO2@Si核壳结构纳米棒阵列的制备

3.3 TiO2@Si核壳结构纳米棒的表征

3.4 Ti-Li2O@Si核壳结构纳米棒阵列的形成机理及电化学测试

3.5 本章小结

第四章 电压控制法合成Ni-Li2O@Si纳米片阵列电极

4.1 引言

4.2 Ni-Li2O@Si核壳结构纳米片阵列的制备

4.3 NiO@Si核壳结构纳米片阵列的表征

4.4 Ni-Li2O@Si核壳结构纳米片阵列形成机理及电化学性能

4.5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果