非晶硅基薄膜在锂离子二次电池中的应用研究

作     者：闫恒庆 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贺德衍

授予年度：2011年

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：锂离子二次电池 非晶硅薄膜 电感耦合等离子体增强化学气相沉积(PECVD) 多壁碳纳米管 复合薄膜 

摘      要：能源危机和环境污染加速了人们寻找可再生清洁能源的步伐。伴随着可再生能源的产生,如何安全、方便、有效地利用和存储所产生的能量成为新的研究课题。锂离子二次电池具有电压高、容量密度大、放电平稳、存储时间长等特点,在能量存储方面有着独特的优势,日益受到人们的重视。硅材料是优秀的锂离子电池负极材料,它具有目前已知的最高的理论容量密度,对提高锂离子二次电池的整体容量密度有着关键的作用。 本论文采用电感耦合等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法制备了非晶硅(a-Si)薄膜和碳纳米管/非晶硅(MWNTs/a-Si)复合薄膜,研究了这两种薄膜作为电极材料的循环性能,获得了以下研究结果： 1.铜箔衬底上直接生长的厚度为300 nm的a-Si薄膜,在0.02 mA/cm2的恒流放电条件下,首次放电容量达到4000 mAh/g,放电平台出现在0.3 V左右。循环17次之后电池的容量急剧下降,100次循环过后可逆容量几乎完全损失。 2.铜箔衬底上制备的MWNTs/a-Si复合薄膜在0.02 mA/cm2的恒流放电条件下,首次放电容量为2200 mAh/g,放电平台出现在0.3 V左右。循环过程中电池容量缓慢下降,100次循环过后可逆容量仍然可以保持在900 mAh/g。 3.通过比较两种薄膜的结构特点,结合泡沫镍上a-Si薄膜的循环性能分析,得出应力效应是影响非晶硅薄膜电极性能的关键因素的结论：采用材料复合的方法能够改善a-Si薄膜作为负极材料的循环性能。