【摘 要】
:
由于硅材料具有高达4200 mAh g-1的理论比容量,成为最有希望代替石墨(372 mAh g-1)的新一代锂离子电池负极材料。然而硅负极材料的循环稳定性极差,这是因为在脱/嵌锂过程中巨大的体积膨胀(>300%)会导致电极结构的破碎。此外,其低的固有电导率(10-3 S/cm)阻碍了充/放电过程的电化学动力学,从而影响了倍率性能的提高,阻碍了硅负极材料在实际中的应用。通过构建Si-M(M=
论文部分内容阅读
由于硅材料具有高达4200 mAh g-1的理论比容量,成为最有希望代替石墨(372 mAh g-1)的新一代锂离子电池负极材料。然而硅负极材料的循环稳定性极差,这是因为在脱/嵌锂过程中巨大的体积膨胀(>300%)会导致电极结构的破碎。此外,其低的固有电导率(10-3 S/cm)阻碍了充/放电过程的电化学动力学,从而影响了倍率性能的提高,阻碍了硅负极材料在实际中的应用。通过构建Si-M(M=Mg、Cr、C等)复合结构材料,不仅能提高硅材料的电子电导率,而且第二相的延展性或疏松特性能够缓冲体积膨胀。本文以银薄膜作为修饰层,用磁控溅射法制备了Si-Ag薄膜,并探究了银薄膜的引入对硅基负极材料性能的影响,在此基础上取得了以下主要创新成果:1.通过磁控溅射技术,以铜箔作为集流体,制备了 Si/Cu、Ag/Si/Cu、Si/Ag/Si/Cu和Si/Ag/Cu四种结构薄膜材料,并探究了何种结构循环性能最优。研究表明,银薄膜作为嵌入层时(Si/Ag/Si/Cu结构)不仅表现出最高的面积比容量和最优的循环稳定性(充放电的电流密度为65.2 μAcm-2的条件下,150次循环后,面积比容量为111.7 μAh cm-2,容量保持率为80%),而且倍率性能也最好。此外,由于引入的Ag薄膜具有优异的电子电导率,Si/Ag/Si/Cu多层结构的电荷转移电阻也最小。2.基于上一阶段得到的循环性能最优的Si/Ag/Si结构,探究了 Ag薄膜的厚度对其电化学性能的影响,并找到了最佳厚度。保持上层和底层硅薄膜的厚度相同(都为140 nm)的条件下,研究发现Ag薄膜的厚度分别为5、15、30和60 nm时,循环稳定性呈现先增大后减小的趋势,其中厚度为30 nm时,即Si/Ag/Si(140/30/140 nm),循环稳定性最好(200次循环后容量保持率为70%)。此外,电荷转移电阻也呈现先增大再减少的趋势,这是由于银的含量、薄膜的破碎和互混程度共同作用的结果。200次循环后,多层Si/Ag/Si(140/30/140 nm)结构负极中银薄膜的容量贡献率高达59.1%。3.以多层Si/Ag/Si(140/30/140 nm)结构为例,探究了退火温度与循环稳定性的关系,并对内部机理进行了初步的分析。研究了退火温度分别为100、200、300和400 ℃,退火时间为30 min的条件下的循环性能,结果表明退火温度为300℃时循环性能最优:在恒流充放电电流大小为1 Ag-1的条件下,循环500次后,比容量依然保持在1343.7 mAh g-1(约等于石墨理论比容量的3.6倍),容量保持率高达71.9%。进一步分析发现,300 ℃退火处理的Si/Ag/Si结构负极的失效机理主要是由于循环过程中薄膜破碎引起的,而不是电极副反应(SEI膜的破碎和重建)导致的。
其他文献
太赫兹(Terahertz,THz)波因有低光子能量、高穿透性、瞬态性等诸多优良特性而受到人们的广泛关注,其在无线通信、医疗卫生、成像技术、安全检测等领域极具应用潜力。然而,有
随着电子工业的快速发展,一些新型半导体材料开始出现,如氮化镓、碳化硅等第三代半导体材料,并逐渐成为当前半导体材料发展的主流,这些新型半导体材料的组织与性能对温度和成分变化极为敏感,对互连材料和工艺提出了更高的要求,采用一般焊料则会使力学性能和使用的工作温度不能满足要求。同时,随着电子产品高密度集成的发展,在电子产品制造过程中,存在分步组装和焊接的问题,先组装的部分要采用较高熔点的焊料,而传统上的锡
豆渣是生产豆腐和豆奶等豆制品的副产物,具有较高的营养价值。然而豆渣的蛋白质和水分含量很高,极易腐败,制约了其加工应用。故开发高效节能的干燥工艺,延长豆渣的保质期,是豆渣高附加值应用的前提。本文对鲜豆渣进行真空冷冻干燥、真空微波干燥、射流冲击干燥和热风干燥的研究,发现射流冲击干燥具有干燥速度快、颜色品质、抗氧化活性保持较佳、抗营养因子去除效果好的特点,较适用于豆渣。继而采用响应面法,对射流冲击干燥工
灵芝,乃是中国传统的药用真菌,无论是从史书记载,还是现代社会的调查研究,都不难发现,灵芝从古至今都在中国民间被广泛流传和使用。灵芝含有多种具有生理活性的化学物质,如灵芝多糖、灵芝酸、甾醇类、灵芝蛋白类、不饱和脂肪酸、维生素和矿物质等。真菌免疫调节蛋白(Fungal Immunomodulatory Protein,FIP)是一类小分子蛋白质,由灵芝(或其他高等担子菌子实体)分离而来。到目前为止,已
不变特征提取是模式识别的重要内容,在实际应用和理论研究方面都有重要意义。尽管Jacobi-Fourier正交矩具有许多优良性能,但其抗噪性能和重构性能有待进一步改善;另一方面,传统Fourier-Mellin变换仅能用于相似不变特征的提取,无法提取一般的仿射不变特征。为此本文考虑改进传统的Jacobi-Fourier矩和Fourier-Mellin变换。主要工作包括:提出广义Jacobi-Four
随着工业化进程的不断加快,陆地资源不断减少甚至枯竭,海洋资源越来越受到人们的重视。另一方面,深海开发技术水平经过长期技术积累也有了显著提高,人类开始大规模开发利用海洋资源,海洋资源开发利用已成为国家经济发展的重要一部分。面对这一发展趋势,战略资源富钴结壳矿石开采意义重大,在商业化开采之前,规模化富钴结壳采样机研制显得格外重要。本文以实际工程深海采样机研制为背景展开局部研究,即深海采样机监控管理系统
随着技术的发展,数字图像的数量大幅增长,人们需要对这些图片进行高效的管理,因此产生了图像自动标注的需求。之前的图像自动标注大多采用颜色、纹理等低层特征,随着深度学习
战略投资者是与发行公司业务联系紧密且将长期持有发行公司股票的法人。上市公司通过借助战略投资者优势,可以优化企业股权结构、增强治理能力、完善激励机制、提高经营效率。引入非国有资本作为战略投资者是我国国有企业进行混合所有制改革的主要方式之一。本文以案例研究为导向,选取锦江股份通过定向增发引入弘毅投资的原因主要有:锦江股份是我国实行混合所有制改革较早的地方国有企业,且对企业业绩有明显的作用。通过分析,锦
我国西部地区水资源匮乏,对水资源的开发利用迫在眉睫。本文以西部地区的石羊河流域为研究区,流域地形复杂、气象水文站点分布稀疏。首先分析了PREC/L再分析降水资料在石羊河流域的适用性,然后作为实测降水数据的补充资料优化VIC水文模型模拟,进而研究在增加不同月尺度和日尺度降水量的情景下石羊河流域径流量的响应情况,为优化人工增雨效果提供理论依据。论文的主要内容与研究成果如下:(1)为评价石羊河流域内PR
本文利用2007-2016年CALIPSO卫星最新版(V4.10)Level 2气溶胶廓线资料对云南地区上空上对流层下平流层(UTLS)气溶胶的垂直分布特征进行探究,并结合南亚夏季风和南亚高压反气旋环流,开展了沙尘气溶胶UTLS区域输送机制的相关分析,之后使用数值模拟对云南地区上空沙尘气溶胶的来源及传输过程进行分析。主要结论如下:(1)云南地区沙尘气溶胶垂直分布主要呈现多层气溶胶层形式,UTLS区