【摘 要】
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锂离子电池具有高能量密度和高功率的优点,在电子器件的发展中起着至关重要的作用。锂离子电池的负极材料通常使用石墨材料,然而石墨材料的理论容量仅有372 m Ah/g。因此当石墨作为电动汽车所用电池的负极材料时,无法很好的满足电动汽车的功率要求。所以锂离子电池需要一种高容量、高功率以及性能稳定的新型负极材料,比如合金或硅。硅由于其理论容量高达4200 m Ah/g,而被认为是一种很有潜力的负极材料。但
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锂离子电池具有高能量密度和高功率的优点,在电子器件的发展中起着至关重要的作用。锂离子电池的负极材料通常使用石墨材料,然而石墨材料的理论容量仅有372 m Ah/g。因此当石墨作为电动汽车所用电池的负极材料时,无法很好的满足电动汽车的功率要求。所以锂离子电池需要一种高容量、高功率以及性能稳定的新型负极材料,比如合金或硅。硅由于其理论容量高达4200 m Ah/g,而被认为是一种很有潜力的负极材料。但硅在充放电循环过程中会出现巨大的体积膨胀(300%),导致电极严重粉末和电极脱落。而氧化亚硅相比于硅而言,体积膨胀率在200%左右,使得其循环性能更加稳定,是下一代锂离子电池负极材料的最佳选择。本论文以氧化亚硅和酚醛树脂为原料,利用高温歧化法和酸碱改性处理等方法,制备具有孔洞结构的SiOx/C复合材料。利用SEM、XRD和TGA等材料分析方法从微观结构上探究材料组成,采用CV和EIS等电化学方法研究材料的电化学性能。本论文分为以下两个部分:第一部分:利用高温歧化法和氢氧化钠改性处理的方法,制备具有孔洞结构的SiOx/C复合材料。实验得到,NaOH-SiOx/C复合材料的循环性能相对未处理的SiOx/C材料有显著的提升。电流密度为100 m A/g时,NaOH-SiOx/C-900℃初始的放电容量为1448.1 m Ah/g。在50周循环后可逆容量仍然为855.1 m Ah/g,相比于未改性处理的SiOx/C复合材料有着明显的提高。说明孔洞结构有效缓解了SiOx在充放电循环中的体积效应,提高了电池的循环性能。第二部分:为了进一步探究更优的改性处理方法,利用氢氟酸对高温歧化后的材料进行酸改性处理。结果发现,电流密度为100 m A/g时,HF-SiOx/C-900℃复合材料初始的放电容量为1472.3 m Ah/g。在100周循环后可逆容量仍然为880.0m Ah/g,相比于NaOH-SiOx/C-900℃复合材料的循环性能有着进一步的提升。以上结果说明通过改性处理可以显著的改善氧化亚硅的循环性能。
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