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文檔簡介
1、近年來,新型移動設備、人工智能設備等的高速發展對鋰離子電池技術提出了更高的要求,而負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分,在很大程度上決定了鋰離子電池的容量與循環性能。硅,因其比容量高、成本低廉、環境友好等優勢而受到關注,成為有望替代石墨的新型負極材料。但硅材料嚴重的體積效應、較差的導電性限制了其實際應用和持續發展。
本文首次嘗試引入鈦-鈮氧化物,通過制備以硅為增強體,鈦-鈮氧化物為基體材料的硅/鈦-鈮氧化物復合材料,在硅顆粒周
2、圍構建起應力緩沖層與離子交換層,以緩沖硅在充放電過程中的體積效應,改善硅顆粒的電接觸。本文研究了球磨法和高溫-固相法制備硅/鈦-鈮氧化物復合材料的制備工藝及其電化學性能,并對高溫-固相法的制備工藝提出了優化方案。
通過對球磨法制備硅/鈦-鈮氧化物復合材料的時長條件、混料轉速條件、硅摻入量條件的研究,確定了最優制備工藝為:60wt%硅摻入量條件下,200r/min5h球磨濕法混料制備反應前驅體,反應前驅體經8h烘干后進行450r
3、/min30h固相球磨。由此得到的硅/鈦-鈮氧化物復合材料作為鋰離子電池負極材料的首次放電比容量為1367mAh/g,經過50個循環后放電比容量穩定在85mAh/g左右。
通過對高溫-固相法制備硅/鈦-鈮氧化物復合材料的溫度條件、時長條件、硅摻入量條件的研究,確定了最優制備工藝為:60wt%硅摻入量條件下,1000℃保溫2h熱處理。得到的硅/鈦-鈮氧化物復合材料作為鋰離子電池負極材料的首次放電比容量為1447.8mAh/g,經
4、過50個循環后放電比容量穩定在220mAh/g左右。
對比兩種方案發現,高溫-固相法制得的硅/鈦-鈮氧化物復合材料作為鋰離子電池負極材料具有更好的循環性能。本文針對該方案進行了進一步優化:用球磨濕法混料取代磁力攪拌混料,用羧甲基纖維素鈉(CMC)水性粘結劑取代聚偏氟乙烯(PVDF)粘結劑。優化后得到電池的首次放電比容量為1258mAh/g,經50個循環后放電比容量穩定在390mAh/g左右,比當前商業化應用的石墨類負極材料的理
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