论文部分内容阅读
该论文主要集中于锂离子电池用纳米负极材料及其界面的研究,包括材料的设计、制备、电化学嵌锂性能研究.分为纳米合金材料的制备、表征及其电化学储锂性能研究;碳-合金复合材料的制备、表征及其电化学储锂性能研究;碳-氧化物复合材料的制备、表征及其电化学储锂性能研究;金属银表面SEI膜的直接观察、机理探讨及其应用研究;蔗糖热解碳成球性工艺探索等五部分.利用液相共还原法制备的纳米锡锑合金具有分形外形,其理论嵌锂容量达到825mAh/g.锡锑合金的嵌锂,是一个电化学驱动的无序化过程.利用纳米银"刷"电极对纳米合金电极在脱嵌锂过程中的电化学团聚的研究表明要得到具有良好化学电化学循环性的纳米合金电极材料必须具备两个条件:一个是合金颗粒和集流体之间的牢固的机械接触;另一个就是合金颗粒与集体流之间的良好的电接触.这为今后的复合负极材料的设计提供了指导思路.为改善合金的电化学循环性,我们设计、制备和研究了两种具有"核-壳"结构的合金-碳复合材料,一种是合金在碳表面包覆的情况,另一种是合金表面包覆碳的情况.这两种复合方式均可以很好地提高嵌锂负极材料的比容量并具有较好的电化学循环性.为提高硬碳材料零伏以上可逆嵌锂容量,利用氧化物弥散来提高宿主材料的嵌锂电位是一种可行的方式.通过湿化学法将氧化硼弥散在碳材料中得到的氧化硼弥散相复合材料可逆嵌锂容量随着氧化硼含量的增加逐渐增加.当氧化硼的含量为15.3wt﹪时,复合材料的可逆嵌锂容量达到最大,为394mAh/g.硼在充放电过程中充当"电子池"作用,在放电时部分得到电子并在再次的充电中将这些电子重新释放.对Ag表面SEI膜生成情况的深入研究表明SEI膜的形成和Ag表面原子与电解液之间的相互作用密切相关.银参与形成了SEI膜,并且是SEI膜的重要组成部分.根据试验结果我们提出了基于表面银原子和电解液相互作用的SEI膜形成机理,认为银在SEI膜形成过程中起了催化作用,同时金属银的存在增加了SEI膜的电子电导从面进一步促进了表面SEI膜的生长.通过在商品MCMB颗粒表面随机沉积银颗粒,电解液在银的催化下在表面形成SEI膜,达到了使MCMB在PC基电解液中循环的目的.另外,通过在硅颗粒表面沉积银颗粒,银促进形成的胶状的SEI膜起到了导电网络和缓冲体的作用,同时抑制了粉化的硅颗粒脱离集流体从而提高了硅颗粒的电化学循环性.在蔗糖溶液中添加铁盐,可以提高最终产物的石墨化程度,并且材料具有很长的0.1V左右平台和一段斜坡容量,有利于通过电压对电池的荷电态做出判断.初步研究表明该材料具有较好的大电流嵌锂特性,作为动力电池用负极材料有一定的潜在应用价值.从热力学基本原理出发,我们对碳材料,特别是含有微孔的硬碳的储锂过程作了定性分析.在孔径(管径)大于1nm的情况下,锂的吸附将从孔壁(管壁)开始.同时对碳纳米管在锂离子电池中的应用,提出了几个可能的应用.定向排列的碳纳米管具有理想的电极材料的结构,电子通道和离子通道都非常简单有效,在将来极高功率密度的电池上大有用武之地,另外甚至很有可能借助这种结构的电极使金属锂的使用成为可能.