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形状记忆—硅复合材料制取夹持器机构的发展

钛合金信息 1994年第4期 21-22页

作者：张国才

纳米多孔硅及复合材料的制备和电化学性能研究

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纳米多孔硅及复合材料的制备和电化学性能研究

作者：李亚飞东南大学

学位级别：硕士

硅材料具有最高的理论比容量(～4200mAh/g)和较低的充放电电位以及丰富的储量而被认为最有望取代传统的石墨电极材料,成为下一代新型大容量锂离子电池负极材料。然而在充放电过程中,硅材料存在巨大的体积效应(～300%),容易导致电极材料... 详细信息

硅材料具有最高的理论比容量(～4200mAh/g)和较低的充放电电位以及丰富的储量而被认为最有望取代传统的石墨电极材料,成为下一代新型大容量锂离子电池负极材料。然而在充放电过程中,硅材料存在巨大的体积效应(～300%),容易导致电极材料破碎粉化,从而使得容量迅速衰减、循环稳定性下降,进而限制了其商业化的应用。由于纳米多孔Si材料的多孔结构能够有效的缓解硅的体积效应以及缩短锂离子传输路径,可以提高硅负极材料的循环稳定性和快速充放电能力而成为了研究的热点。相对于传统的纳米多孔Si材料的制备工艺,本文以天然具有纳米多孔性的稻壳为原料,制备的纳米多孔Si,具有工艺流程短、产率高、成本低廉的优势。为了获得最佳的纳米多孔Si的制备工艺参数,本文探讨了稻壳的热解温度、镁热还原反应过程对纳米多孔Si材料的孔结构、微观形貌及电化学性能的影响规律和机理。为进一步提高纳米多孔Si的库伦效率和循环稳定性,分别利用化学溶液腐蚀法和溶胶凝胶法制备了Si/Ag和Si/TiO复合材料,并探讨了微观形貌和电化学性能之间关系,具体内容包括：(1)纳米多孔Si材料的制备。以稻壳原料为获得了纳米多孔Si材料的最佳制备工艺参数,即SiO/Mg粉的质量比为1：0.88,还原温度为650℃,升温速率为1℃/min,保温时间为5h。所制备的纳米多孔Si材料的比表面为252.85m2/g,孔容为1.06cm3/g,平均孔径为20.13nm。其电化学性能测试表明,在10OmA/g的电流密度下,首次放电比容量高达3051mAh/g,首次库伦效率为59.19%,在200mA/g的电流密度下,在经过100次循环后放电比容量仍为858m Ah/g。在倍率性能测试中,在2A/g的电流密度下仍然可以保持547.6mAh/g的比容量。(2)利用AgNO和HF的混合溶液以及TiO溶胶凝胶法制备了Si/Ag和Si/TiO复合材料。其电化学性能显示,对于Si/Ag复合材料其首次库伦效率有了较大幅度的提高但循环稳定性衰减较快,对于Si/TiO复合材料其首次库伦效率不高但循环稳定性表现则十分优异,并分析了电化学性能和微观形貌之间的关系。

关键词：镁热还原法纳米多孔硅硅复合材料锂离子电池负极材料

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锂离子电池硅负极材料粉化问题研究进展

化工学报 2011年第S1期62卷 13-18页

作者：李存璞王要武谢晓峰邓长生尚玉明杨裕生清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 防化研究院北京100083

硅作为锂离子电池的负极材料由于其很高的理论比容量(4212 mA·h·g-1)而备受关注。硅材料的研究集中在解决充放电中体积胀缩所引起的粉化问题。通过调研近年来硅负极材料粉化问题研究进展,对比了各种方法的优劣和思路,在此基础上进行... 详细信息

硅作为锂离子电池的负极材料由于其很高的理论比容量(4212 mA·h·g-1)而备受关注。硅材料的研究集中在解决充放电中体积胀缩所引起的粉化问题。通过调研近年来硅负极材料粉化问题研究进展,对比了各种方法的优劣和思路,在此基础上进行了简单的评述。

关键词：锂离子电池硅负极硅复合材料

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锂离子电池硅负极材料改性和粘结剂研究

锂离子电池硅负极材料改性和粘结剂研究

作者：杜乔昆浙江大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,人类对于电池能量密度的要求日益提升,传统的锂离子电池难以满足市场需要,急需寻找一种新型高能电池体系。硅负极锂离子电池是近年来研究的热点,其具有理论比容量高,储量丰富,价格低廉,环境友好的优点。但是,硅负极在商... 详细信息

随着社会的发展,人类对于电池能量密度的要求日益提升,传统的锂离子电池难以满足市场需要,急需寻找一种新型高能电池体系。硅负极锂离子电池是近年来研究的热点,其具有理论比容量高,储量丰富,价格低廉,环境友好的优点。但是,硅负极在商业化进程中依旧存在许多问题。不同于石墨在充放电过程中稳定的晶体结构,硅材料在充放电过程中会发生合金化和去合金化反应,造成较大的体积变化,破坏电极表面的固体电解质层和电极结构,造成极片粉化、失效等问题,影响极片的循环性能。因此,相对于传统的石墨负极,硅负极对粘结剂的粘结性能和极片结构的稳定性均提出了更高的要求。针对这些问题,本文首先从硅材料改性的角度出发,通过丰富硅颗粒表面的极性基团,提升硅颗粒和粘结剂之间的粘结强度,从而获得稳定的电极结构,缓解硅颗粒体积膨胀对电极结构的破坏,提升电极循环稳定性。本文通过简单的水热法制备了富含极性基团的碳点作为改性剂,使用浸渍法将碳点负载到硅颗粒表面,丰富硅颗粒表面的极性基团,获得官能化硅颗粒。本文通过傅里叶变换红外光谱、X射线衍射光谱、紫外可见光谱和高分辨率透射电子显微镜对碳点和官能化硅颗粒的形貌和表面基团进行了研究。本文将官能化硅颗粒作为活性材料,制备了硅负极极片,使用循环伏安法、恒电流充放电测试和阻抗谱测试对官能化硅颗粒极片的电化学性能进行了研究,并和纯硅极片进行了电化学性能对比。电化学测试结果表明,官能化硅颗粒极片具有更优异的循环稳定性和倍率性能,官能化硅颗粒极片在0.2 C倍率下循环150次后,电极的容量保持率为64.0%,是相同测试条件下纯硅电极的两倍。官能化硅颗粒极片也表现出了优秀的高倍率性能,在1 C倍率下循环100次后,依然能够保持1880.4 mAh·g-1的放电容量。之后,本文从粘结剂入手,制备了单宁酸/聚丙烯酸复合粘结剂。复合粘结剂具有丰富的儿茶酚基团,能够提高粘结剂和活性材料之间的相互作用。单宁酸和聚丙烯酸构成的三维网络结构能够提升粘结剂本身的机械强度和粘结剂与硅颗粒之间的接触面积,从而获得具有稳定结构的硅负极。本文通过傅里叶变换红外光谱,X射线衍射光谱,SEM,TEM等测试手段表征了单宁酸/聚丙烯酸复合粘结剂的基团组成,成膜性,浸润性和粘结性能。之后,本文通过循环伏安法、恒电流充放电测试、阻抗谱测试等电化学测试手段研究了单宁酸/聚丙烯酸极片的电化学性能,并与单宁酸极片和聚丙烯酸极片进行对比,证明了单宁酸/聚丙烯酸复合粘结剂的优异性能。单宁酸/聚丙烯酸极片在0.2C倍率下进行150圈循环后,容量保持率为62.1%,明显优于同等测试条件下的单宁酸极片和聚丙烯酸极片。此外,单宁酸/聚丙烯酸极片能够在1000 mAh·g-1的恒定容量下稳定循环300圈以上,证明其具有良好的长循环性能。

关键词：硅负极硅复合材料粘结剂单宁酸

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碳/锡掺杂硅基复合材料的电化学性能研究

碳/锡掺杂硅基复合材料的电化学性能研究

作者：王超山东大学

学位级别：硕士

随着经济社会发展及其结构不断转型,新型能源被广泛研究并应用。锂离子电池作为重要的新型储能元件历经发展收获颇丰,但目前商用石墨负极理论比容量低已逐渐成为其发展瓶颈。较有吸引力的硅负极理论比容量高(4200 mAh g-1),是目前商用... 详细信息

随着经济社会发展及其结构不断转型,新型能源被广泛研究并应用。锂离子电池作为重要的新型储能元件历经发展收获颇丰,但目前商用石墨负极理论比容量低已逐渐成为其发展瓶颈。较有吸引力的硅负极理论比容量高(4200 mAh g-1),是目前商用石墨负极的11.3倍,应用于锂电负极前景广阔。但伴随高性能的缺点也显而易见,充放电过程中剧烈的体积膨胀(最高可达400%)使得硅负极产生裂纹、破碎甚至粉化,造成电极材料的不可逆损坏,极大缩短了电池寿命。从结构设计角度分别构建锡、碳掺杂的硅基负极能够有效解决在充放电循环过程中存在的短板,从而提高其电化学性能,加速商业化应用进程。首先,通过脱合金法与还原沉积法制备了具有纳米结构的纳米锡颗粒掺杂纳米棒束硅(简记为Sn#nb-Si,nb-Si为nanobranches-Si),基于此结构设计优化了电极在脱嵌锂过程中的结构稳定性,从而保证活性材料在充放电过程中具有较高的可逆比容量。硅和锡的协同作用在贡献较高比容量的同时,还提供相对较高的锂离子扩散率。在100 mAg-1循环55圈后,Sn#nb-Si仍能保持1525.9 mAh g-1的可逆比容量。然后,设计并通过简单的一步球磨制备了由飞灰(生物质燃料未充分燃烧后烟道沉积物,以Wok-Ash命名,简记W-A)、碳纳米管(CNTs)和商业化硅纳米颗粒(Si)复合而成的活性材料(C1Si2@W-A2)。W-A的纳米多孔结构能够缓冲Si纳米颗粒脱嵌锂过程中的体积膨胀;网格状分布的CNTs则提供锂离子传导通道,提高活性材料导电率。电极在100 mAg-1的电流密度下稳定循环100圈,可逆比容量为1528.8 mAh g-1。通过定量动力学分析探索活性材料储能机理,揭示电池行为及赝电容行为分别对C1Si2@W-A2储锂性能的贡献率。此外,这也是首次将飞灰材料探索并应用于锂离子电池活性物质之中,为相关领域的废物回收再利用提供了一个解决方案。

关键词：锂离子电池硅负极结构设计多维结构硅复合材料

构建不同结构硅基材料用于锂离子电池负极的研究

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构建不同结构硅基材料用于锂离子电池负极的研究

作者：原超山东大学

学位级别：硕士

在储能系统中,锂离子二次电池已经成为重要的储能器件,经过三十年的发展其能量密度不断提高,负极材料被大量研究。目前石墨负极在大量应用,但低的理论比容量已不能满足需求,因此必须探索新的材料来代替石墨。硅理论比容量为4200 mAh g-1... 详细信息

在储能系统中,锂离子二次电池已经成为重要的储能器件,经过三十年的发展其能量密度不断提高,负极材料被大量研究。目前石墨负极在大量应用,但低的理论比容量已不能满足需求,因此必须探索新的材料来代替石墨。硅理论比容量为4200 mAh g-1,是石墨的10多倍,很有应用前景。硅商业化应用的瓶颈是其充放电过程中剧烈的体积膨胀(超过300%),这会使得活性物质从集流体上脱离,进而造成电极失活,极大地缩短电池寿命。构建不同结构的硅基复合材料能有效缓冲体积膨胀并缩短Li+的传输距离,能有效提升电化学性能。首先,利用化学去合金化的方法制备出了海绵状纳米多孔硅-锑合金(np-SimSb)。首先利用快速凝固法制备出三元前驱体合金,通过调整前驱体合金的成分(具体比例为 A170(SixSb)30和 A180(SiySb)20(at.%),其中(x=0.6,0.8,1;y=0.6,0.8,1)),制备出了不同结构及形貌的np-SimSb合金。其中海绵状的np-Si15Sb15(对应的前驱体为Al70(SiSb)30)具有最均匀的孔结构和最大的比表面积。将np-Si15Sb15作为锂离子电池负极,100 mA g-1电流密度循环90周可逆比容量为647.4 mAh g-1;且具有良好的倍率性能(500和1000 mA g-1时可逆比容量分别为551.31和453.96 mAh g-1)。其纳米多孔结构能够有效地缓冲体积膨胀,同时增加了与电解液的接触,缩短了 Li+的迁移距离。接着,以酚醛树脂包覆的硅(Si@RF)和ZIF-67为前驱体,制备出球状Si@C与中空核壳Co9S8/C相联结的复合材料(Si@C-Co9S8/C),用作锂离子电池负极具有杰出的性能。100 mA g-1电流密度循环200周可逆比容量仍为1399 mAh g-1,库伦效率保持在99%以上;当电流密度为1000 mA g-1,循环500周可逆比容量为840.46 mAh g-1;同时也表现出了杰出的倍率性能,在200,400,1000,2000 mA g-1时,可逆比容量分别为1365,1170,943和630 mAh g-1。核壳状的Co9S8/C对Si@C具有一定的吸附作用,可以有效地抑制循环过程中Si@C的团聚;另外将硅进行碳包覆并与核壳状的CO9S8/C复合能很好地缓冲充放电过程的体积膨胀,保证了电极材料的稳定性;而且在复合材料表面的碳壳可以构成一张致密的导电网络,能够加快电荷转运和Li+的传输。

关键词：硅复合材料锂离子电池负极去合金化金属有机骨架化合物导电网络

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超疏水玻璃密封剂的制备及性能研究

山西化工 2023年第11期43卷 9-11页

作者：陈思斌庞文键牛蓉广州市白云化工实业有限公司广东广州510540

本文研究了超疏水玻璃密封剂的配方,研究了反应温度、交联剂、增强剂、超疏水材料对其性能的影响。并用聚丙烯纳米颗粒合成玻璃密封胶后,得到了一种水接触角为168°的新型超疏水硅/聚丙烯玻璃密封胶。通过对样品抗拉强度、撕裂强度、断... 详细信息

本文研究了超疏水玻璃密封剂的配方,研究了反应温度、交联剂、增强剂、超疏水材料对其性能的影响。并用聚丙烯纳米颗粒合成玻璃密封胶后,得到了一种水接触角为168°的新型超疏水硅/聚丙烯玻璃密封胶。通过对样品抗拉强度、撕裂强度、断裂伸长率、邵氏硬度、接触角的性能测试确定了交联剂、增强剂、超疏水材料的最优选择。

关键词：密封剂超疏水聚丙烯硅复合材料