Li-Si-Ni三元系相關系的實驗測量與熱力學計算.pdf

1、在鋰離子電池負極材料中，硅因具有理論容量高(4200mAh/g)、資源豐富以及環(huán)境友好等優(yōu)點而備受關注。但在鋰離子嵌入硅負極材料的過程中，體積會發(fā)生劇烈膨脹，導致負極材料粉化，引起負極材料容量與循環(huán)性能的急劇下降。研究發(fā)現(xiàn)，將硅與惰性嵌鋰金屬復合可顯著抑制硅基負極材料在嵌鋰過程中產(chǎn)生的體積膨脹，改善其循環(huán)性能。據(jù)報道，Si-Ni二元合金作為硅基負極材料有較好的循環(huán)與導電性能。為了研究Si-Ni合金作為鋰離子電池負極材料在嵌鋰過程中相變次

2、序、微觀組織演化及相關物理性質(zhì)的變化，揭示鋰在Si-Ni合金負極材料中的嵌入機理，有必要對Li-Si-Ni三元系進行熱力學研究，從而為Si-Ni二元合金中鋰離子嵌脫反應機制提供理論依據(jù)。
　　本文采用平衡合金法，利用掃描電鏡與X-射線衍射等實驗方法測定了Li-Si-Ni三元系的150℃等溫截面，實驗結果表明該體系在150℃存在6個三元化合物：τ1(LiNi2Si)、τ2(Li13Ni40Si31)、τ3(LiNi6Si6)、τ4(

3、Li13Ni9Si18)、τ5(Li0.6Ni5.4Si6)和τ6(Li75Ni20Si128)；14個三相區(qū)：Li13Si4+τ1+Li22Si5、Li13Si4+τ1+τ2、γ+τ1+τ2、Li7Si3+τ4+τ2、Li7Si3+τ4+Li12Si7、τ6+τ4+Li12Si7、γ+τ1+β1、γ+δ+τ2、τ3+δ+τ5、ε+δ+τ5、NiSi2+(Si)+τ5、(Si)+τ5+τ4、τ2+τ3+τ4和τ5+NiSi+NiSi2；

4、四個兩相區(qū)：τ2+τ4、τ2+τ4、τ3+τ5和τ4+τ5。
　　根據(jù)已有的實驗相圖信息，本文利用Thermo-Calc軟件對Li-Ni二元體系進行熱力學優(yōu)化計算，獲得了合理的熱力學參數(shù)。然后在系統(tǒng)整理了Li-Si-Ni三元體系的實驗信息和熱力學數(shù)據(jù)的基礎上，結合三個二元體系，以及本工作實驗得出的相平衡信息和第一性原理計算的三元化合物形成焓結果，采用CALPHAD方法對Li-Si-Ni三元系進行了熱力學優(yōu)化，獲得一套合理自洽的熱力