納米結(jié)構(gòu)硅、鍺材料的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究.pdf

1、負(fù)極是鋰離子電池的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，極大地影響著電池的電化學(xué)性能。目前商用的負(fù)極材料主要是石墨，其比容量較小，制約了電池能量密度的提高。硅、鍺材料因?yàn)榫哂袠O高的理論比容量，被認(rèn)為是一類有潛力替代石墨的負(fù)極材料。然而，它們?cè)诔浞烹娺^程中有巨大的體積變化，往往會(huì)碎裂、失去電接觸，導(dǎo)致電池容量快速衰減。研究發(fā)現(xiàn)，具有納米結(jié)構(gòu)的Si、Ge材料可以顯著改善電極的循環(huán)穩(wěn)定性，獲得良好的倍率性能。
　　本論文以Si、Ge負(fù)極材料作為研究對(duì)象，致

2、力于提高Si、Ge電極的循環(huán)穩(wěn)定性能，通過納米結(jié)構(gòu)集流體和納米結(jié)構(gòu)活性材料的設(shè)計(jì)、制備及其它們電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能的優(yōu)化，并結(jié)合有機(jī)材料表面包覆等，顯著提高了Si、Ge電極的電化學(xué)性能。所開展的主要工作和獲得的主要結(jié)果有：
　　1.采用電化學(xué)刻蝕在泡沫銅骨架上制備出Cu(OH)2納米柱陣列，H2熱還原后得到的Cu納米線均勻覆蓋在整個(gè)泡沫銅骨架上，構(gòu)成了理想的三維納米結(jié)構(gòu)集流體。利用等離子體化學(xué)氣相沉積、電子束蒸發(fā)在所制備的集流體上分別包

3、覆了Si、Ge材料，制備出Cu納米線支撐的Si、Ge納米結(jié)構(gòu)電極，并對(duì)它們的電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試分析。實(shí)驗(yàn)表明，兩電極均展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。Si納米結(jié)構(gòu)電極在2A/g的電流密度下循環(huán)80次后，比容量仍高達(dá)2003mAh/g，在10A/g的大電流密度下，依然有1470mAh/g的比容量。Ge納米結(jié)構(gòu)電極在2A/g的電流密度下循環(huán)200次后，比容量保持為844mAh/g，在10A/g的電流密度下依然有758mAh/g的比容量。

4、
　　2.通過電子束蒸發(fā)在CuO納米柱陣列上包覆Ge，用旋涂方法在Ge表面包覆PEDOT:PSS，制備出PEDOT:PSS包覆的CuO納米柱支撐Ge納米結(jié)構(gòu)電極。通過限制充放電電壓，使CuO在首次放電之后轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂辛己脤?dǎo)電性的Cu/Li2O，并與銅箔基底一起構(gòu)成納米結(jié)構(gòu)的集流體。電化學(xué)性能測(cè)試表明，此結(jié)構(gòu)的電極具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在2A/g的電流密度下循環(huán)1000次后，電極依然有640mAh/g的比容量。優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定