【摘 要】
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锂离子电池由于其工作电压高,能量密度大,环境污染小等特点,正逐步取代传统化石能源,业已成为促进社会发展、提升生活质量的必不可少的工具。合金化型负极材料能够在不受材料晶体框架限制的情况下储存大量锂,因而在理论比容量方面具有巨大优势;然而,脱嵌锂过程中会产生巨大的的体积变化,导致材料基体出现开裂、断裂等现象,这些问题都限制着合金化型负极材料的发展。目前对于合金化型负极材料的改性研究主要集中在提升材料首
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锂离子电池由于其工作电压高,能量密度大,环境污染小等特点,正逐步取代传统化石能源,业已成为促进社会发展、提升生活质量的必不可少的工具。合金化型负极材料能够在不受材料晶体框架限制的情况下储存大量锂,因而在理论比容量方面具有巨大优势;然而,脱嵌锂过程中会产生巨大的的体积变化,导致材料基体出现开裂、断裂等现象,这些问题都限制着合金化型负极材料的发展。目前对于合金化型负极材料的改性研究主要集中在提升材料首圈库伦效率,改善材料循环性能等方面,主要是采用纳米化、利用碳材料等方法抑制材料的体积膨胀,或者利用一些具有自修复特性的金属或聚合物来修复材料的机械损伤。基于此,本文尝试使用石墨优化合金负极材料,利用球磨对AlCuFe准晶进行碳包覆改性,以及利用室温液态金属GaInSn与石墨制备新型自修复材料,主要研究内容如下:(1)本文将准晶和石墨的质量配比设置为1:1,使用球磨的方法对AlCuFe准晶进行表面碳包覆改性,并通过改变球磨转速和时间,找到制备碳包覆层的最佳工艺,提高AlCuFe准晶/C复合材料的储锂容量,改善其循环性能。研究发现,在500r/min 60h下制备的复合材料拥有较好的碳包覆效果,碳包覆层均匀且没有脱落的现象发生;对复合材料的储锂性能研究发现,复合材料的比容量随转速提高总体呈先上升后下降的趋势,随时间增加呈现先下降后上升的趋势,其中,500r/min 60h的复合材料拥有最高的比容量(239m Ah/g)和倍率性能(2C高倍率下大于150m Ah/g)。(2)本文针对GaInSn负极首圈库伦效率较低的问题,利用碳包覆层能够起到稳定SEI膜的作用,使用两种不同转速的剪切力搅拌法制备GaInSn/C复合材料,并研究其电化学性能和自修复特性。研究发现,在2000r/min下制备的GaInSn/C复合材料的首圈效率得到了显著的提升(约78%),同时材料在0.1C倍率下表现出了良好的循环稳定性(50圈容量保持率约68%)和倍率性能(2C倍率下约220m Ah/g);对脱嵌锂不同阶段电极材料的形貌表征观察到了液态金属GaInSn良好的自修复特性。
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