硅基纳米材料制备及嵌脱锂性能研究

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1、硕士学位论文硅基纳米材料制备及嵌／脱锂性能研究ThePreparationandL“hiumInsertion—deinsertionPropertiesofSi．basedNanomaterials学号：21105016完成日期：2Q兰垒生墨旦大连理工大学DalianUIliVers“yofTecllIl0109y大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包舍其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包舍

2、其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：蕉垫l内燃堡!l垒屋垃日勉星i生蚴．作者签名：立杰垒日期：塑坐年—L月jL日大连理工大学硕士学位论文摘要目前，商业化的锂离子电池负极材料是石墨类碳材料，但是其理论储锂容量只有372IILAhfl，不能满足人们对能源日益增长的需求。与碳材料相比，硅具有较高的储锂容量(4200InAhg。1)，且储锂电位低，资源丰富，对环境无污染。但是硅在嵌脱锂过程中，体积变化

3、较大，随着循环过程的进行，极易导致电极材料发生粉化，容量迅速衰减。本文针对Si材料循环性能较差的问题，采用si基材料纳米结构化及复合化来改善锂离子电池Si负极材料的电化学性能。本文采用直流电弧等离子体法，制备了纯Si纳米片层结构。采用Ⅺ①，TEM，AFM，Raman等测试方法对其进行表征，发现所制备的二维Si纳米片尺寸约为20啪，厚度大约为8个原子层，R锄an峰相对于块体Si发生明显偏移。将其应用于锂离子电池负极，测试其电化学储锂性能，研究了导电剂含量、导电剂种类及放电截止电压对si纳米片电化学性能的影响。在100mA蛋1

4、的电流密度下，Si纳米片电极循环40次后，可逆容量为441．7mAhg～，明显高于传统碳类材料：在不同的电流密度下进行测试，发现随着电流密度的增大，容量有所减少；当电流密度减小时，容量又恢复到原来的水平。为进一步提高si基纳米材料的电化学储锂性能，采用直流电弧等离子体法，制各了si．sic-Ni纳米复合材料。TEM分析结果表明，该纳米复合材料由相互缠绕的纳米线所组成，其中Ni作为催化剂，催化生长出Si基纳米线。将其作为锂离子电池负极材料，循环稳定性相对于纯si纳米片状材料有了明显的提高，循环5次后，库伦效率一直保持在96％

5、以上，可逆性良好；循环35次后，可逆容量为598mAhg～，是传统碳类材料理论容量的1．6倍。关键词：直流电弧法：二维Si纳米片：SI-SiC．Ni纳米复合材料；锂离子电池：负极材料硅基纳米材料制备及射脱锂性能研究ThePr印arationa11dLithiuIIlIIlsertion-deinsertionPropeniesofSi-basedNanoma『terialsAbstractLitllium-ionbatteryisthemostpopulartypeofba．七teryusedinponableelec仃O

6、nics．Cu玎ently，thecommercialli廿lium-ionbatter)，aIlodematIerialsarecarboIlaceousmaterials，butmeirlowstoragecapaci哆Iimittheiruseduetotllei11cr％seddemandofmobilepowersupply．Siliconisoneofthemostpromisillganodematerialsbecauseithastheh培hestknowntheoreticalchargecapacit

7、y锄disthesecondmoStabundantelementoneanh．Ho、ⅣeVer，SiliconanodeshaVe1ilIlitedapplicationsbecauseofthehugeVolumechangeassociated谢t11theinsertionandex仃actionoflitmum．The1argevolumechangecausesc1．ackingandpulverizationoftheanode，wmch1eadstoa10ssofelec订icalcoIItactandev

8、en：tual{hdin2ofcapacity．IntKspaper，wetrytoimproVe也elitlliumstoragepropeniesofSit：}lroughnallo咖GtureaIldnanocomposites．T、vo—dimensioml(2D)ultratllinSilic