三維多孔硅復合材料的制備及儲鋰性能研究.pdf

1、由于日益嚴重的環(huán)境問題，人們急需找到一種環(huán)保綠色的新能源來代替現有的傳統化石能源。鋰離子電池作為一種綠色環(huán)保的新型能源和優(yōu)異的性能得到了快速發(fā)展和廣泛應用。大容量、高倍率、長壽命、高安全性的新型鋰離子電池成為人們研究的熱點。
　　硅具有較高的理論比容量、來源廣泛、價格低廉，但是硅在脫嵌鋰過程中產生巨大的體積變化使硅基負極材料發(fā)生破裂粉化，最終導致電極的循環(huán)性能較差。而三維多孔硅擁有較大的比表面積和更多的膨脹空間，這可以適應硅在循環(huán)

2、過程中體積巨大的變化。本論文采用銳鈦礦型 TiO2和Ag對三維多孔硅進行修飾，提高其作為負極材料使用時的循環(huán)性能、比容量和庫倫效率，對復合材料電化學儲鋰性能進行研究，得到以下結論：
　　1、分別用金屬助腐蝕法和腐蝕硅鋁合金法制備三維多孔硅，并且對二者的形貌和作為負極時的電池性能做了對比和研究。結果顯示，硅鋁合金粉末制備三維多孔硅有更優(yōu)異的電化學性能：首次充放電比容量為1910.8和2567.6 mAh/g，首次庫倫效率74％，10

3、0 mA/g電流密度下50次循環(huán)后比容量為430 mAh/g。
　　2、為了改善三維多孔硅循環(huán)性能，我們采用溶膠-凝膠法，以鈦酸異丙酯為前驅體制備不同 TiO2含量的三維多孔硅/TiO2復合材料；對其進行電池性能測試，結果表明：TiO2對三維多孔硅材料電化學性能影響較大。其中，當鈦酸異丙酯為3 ml制備的三維多孔硅/TiO2復合材料電池性能最優(yōu)：首次充放電比容量為859.7和1181.6 mAh/g，首次庫倫效率為72.8%，10

4、0 mA/g的電流密度下50次循環(huán)后放電比容量為684.4 mAh/g。
　　3、采用金屬助腐蝕法制備三維多孔硅/Ag復合材料作為鋰離子電池負極材料，研究了投料中硝酸銀濃度、反應溫度對三維多孔硅負極材料的電池性能影響。結果顯示，在20℃和硝酸銀濃度為20 mmol/L條件下制備的三維多孔硅/Ag復合材料儲鋰性能最好;首次充放電比容量分別為1677 mAh/g和1906 mAh/g，首次庫倫效率為88%，100 mA/g的電流密度下