刘笑:锂离子电池锑纳米颗粒负极的电化学及力学行为研究论文

刘笑:锂离子电池锑纳米颗粒负极的电化学及力学行为研究论文

本文主要研究内容

作者刘笑(2019)在《锂离子电池锑纳米颗粒负极的电化学及力学行为研究》一文中研究指出:随着人类社会的进步和科技的发展,不可再生资源逐渐枯竭,新能源革命的兴起带来新的发展模式,锂离子电池作为新一代绿色储能器件被广泛研究。目前商业化锂离子电池采用的负极材料石墨,其理论比容量(372mAh g-1)已经不能满足锂离子电池高比能量的需求。锑作为一种很有前景的锂离子电池负极材料,其理论比容量较高(660 mAh g-1),但在充放电过程中会由于Li+的反复嵌入和脱出产生较大的体积膨胀,导致其结构被破坏,机械稳定性下降,容量大幅度下降。因此如何提高负极材料的循环稳定性是研究的一大热点。为了解决以上问题,本文设计了锑纳米颗粒@聚吡咯网络结构负极材料和中空锑铜合金网络结构负极材料,利用将其纳米化结合导电聚合物膜包覆、合金化以及中空结构提高锑基负极的循环稳定性,并研究了载荷作用下锑负极失效破坏的微观机理,以及材料形貌、表面裂纹和嵌锂状态之间的相关性。(1)使用化学还原法结合聚吡咯软模板法制备了锑纳米颗粒@聚吡咯网络结构负极材料,对负极材料进行SEM、TEM、EDX、XRD、TGA及BET测试,结果表明,样品呈三维网络海绵状多孔结构,呈现type-II型吸附特征,锑纳米颗粒均匀分散在聚吡咯纳米纤维网络结构中,且锑纳米颗粒以纳米晶形式存在。电化学测试表明,样品在充放电过程中存在多步合金及脱合金化过程;在100 mA g-1的电流密度下循环100圈后,锑纳米颗粒@聚吡咯网络结构负极的可逆容量为668.2 mAh g-1,明显高于锑纳米颗粒的116.7 mAh g-1,说明聚吡咯网络结构能够有效缓解锑负极体积膨胀,提高负极稳定性。对循环过程中负极的结构变化进行研究,结果表明锑纳米颗粒@聚吡咯网络结构负极随着循环圈数的增加,极片表面裂纹加深,但其特殊的海绵状网络结构缓冲了部分体积膨胀,有助于稳定的循环性能和优良的倍率性能。纳米压痕研究表明,0℃和60℃下循环后Cu集流体的杨氏模量和硬度比原始Cu集流体降低,而20℃下Cu集流体的杨氏模量和硬度有轻微增加,说明室温下电化学循环后Cu集流体的性质基本不变。(2)使用电流置换法合成了中空锑铜合金网络结构负极材料。对负极材料进行SEM、TEM、EDX、BET及电化学测试和力学模拟,结果表明,在100 mA g-1的电流密度下经过100圈循环,可逆容量为687.1 mAh g-1,当电流密度增加到1600 mA g-1时,可逆容量仍可保持在623.7 mAh g-1,接近锑负极的理论容量(660.1 mAh g-1),表现出了优异的电化学循环稳定性和倍率性能,表明中空结构能够提高锑负极稳定性。同时通过对微观颗粒的锂化过程建模,重现了实验中观察到的两相界面;基于该模型的分析表明中空颗粒具有较好的机械稳定性。(3)以锑纳米颗粒@聚吡咯网络结构负极为对象,对平板压缩和钢珠压入后电极的稳定性进行研究。结果表明,平板加载作用后,电池壳外部基本没有产生形变,电池容量有小幅度下降;在钢珠加载作用后,电池壳有明显的凹坑,负极电极片随载荷强度产生了不同程度的裂纹,内部结构遭到破坏,造成锂离子电池可逆容量大幅度下降,并且外部载荷越大,可逆容量下降越多,锂化过程中产生的环向拉伸应力破坏了电极片,导致损伤过大。

Abstract

sui zhao ren lei she hui de jin bu he ke ji de fa zhan ,bu ke zai sheng zi yuan zhu jian ku jie ,xin neng yuan ge ming de xing qi dai lai xin de fa zhan mo shi ,li li zi dian chi zuo wei xin yi dai lu se chu neng qi jian bei an fan yan jiu 。mu qian shang ye hua li li zi dian chi cai yong de fu ji cai liao dan mo ,ji li lun bi rong liang (372mAh g-1)yi jing bu neng man zu li li zi dian chi gao bi neng liang de xu qiu 。ti zuo wei yi chong hen you qian jing de li li zi dian chi fu ji cai liao ,ji li lun bi rong liang jiao gao (660 mAh g-1),dan zai chong fang dian guo cheng zhong hui you yu Li+de fan fu qian ru he tuo chu chan sheng jiao da de ti ji peng zhang ,dao zhi ji jie gou bei po huai ,ji xie wen ding xing xia jiang ,rong liang da fu du xia jiang 。yin ci ru he di gao fu ji cai liao de xun huan wen ding xing shi yan jiu de yi da re dian 。wei le jie jue yi shang wen ti ,ben wen she ji le ti na mi ke li @ju bi ge wang lao jie gou fu ji cai liao he zhong kong ti tong ge jin wang lao jie gou fu ji cai liao ,li yong jiang ji na mi hua jie ge dao dian ju ge wu mo bao fu 、ge jin hua yi ji zhong kong jie gou di gao ti ji fu ji de xun huan wen ding xing ,bing yan jiu le zai he zuo yong xia ti fu ji shi xiao po huai de wei guan ji li ,yi ji cai liao xing mao 、biao mian lie wen he qian li zhuang tai zhi jian de xiang guan xing 。(1)shi yong hua xue hai yuan fa jie ge ju bi ge ruan mo ban fa zhi bei le ti na mi ke li @ju bi ge wang lao jie gou fu ji cai liao ,dui fu ji cai liao jin hang SEM、TEM、EDX、XRD、TGAji BETce shi ,jie guo biao ming ,yang pin cheng san wei wang lao hai mian zhuang duo kong jie gou ,cheng xian type-IIxing xi fu te zheng ,ti na mi ke li jun yun fen san zai ju bi ge na mi qian wei wang lao jie gou zhong ,ju ti na mi ke li yi na mi jing xing shi cun zai 。dian hua xue ce shi biao ming ,yang pin zai chong fang dian guo cheng zhong cun zai duo bu ge jin ji tuo ge jin hua guo cheng ;zai 100 mA g-1de dian liu mi du xia xun huan 100juan hou ,ti na mi ke li @ju bi ge wang lao jie gou fu ji de ke ni rong liang wei 668.2 mAh g-1,ming xian gao yu ti na mi ke li de 116.7 mAh g-1,shui ming ju bi ge wang lao jie gou neng gou you xiao huan jie ti fu ji ti ji peng zhang ,di gao fu ji wen ding xing 。dui xun huan guo cheng zhong fu ji de jie gou bian hua jin hang yan jiu ,jie guo biao ming ti na mi ke li @ju bi ge wang lao jie gou fu ji sui zhao xun huan juan shu de zeng jia ,ji pian biao mian lie wen jia shen ,dan ji te shu de hai mian zhuang wang lao jie gou huan chong le bu fen ti ji peng zhang ,you zhu yu wen ding de xun huan xing neng he you liang de bei lv xing neng 。na mi ya hen yan jiu biao ming ,0℃he 60℃xia xun huan hou Cuji liu ti de yang shi mo liang he ying du bi yuan shi Cuji liu ti jiang di ,er 20℃xia Cuji liu ti de yang shi mo liang he ying du you qing wei zeng jia ,shui ming shi wen xia dian hua xue xun huan hou Cuji liu ti de xing zhi ji ben bu bian 。(2)shi yong dian liu zhi huan fa ge cheng le zhong kong ti tong ge jin wang lao jie gou fu ji cai liao 。dui fu ji cai liao jin hang SEM、TEM、EDX、BETji dian hua xue ce shi he li xue mo ni ,jie guo biao ming ,zai 100 mA g-1de dian liu mi du xia jing guo 100juan xun huan ,ke ni rong liang wei 687.1 mAh g-1,dang dian liu mi du zeng jia dao 1600 mA g-1shi ,ke ni rong liang reng ke bao chi zai 623.7 mAh g-1,jie jin ti fu ji de li lun rong liang (660.1 mAh g-1),biao xian chu le you yi de dian hua xue xun huan wen ding xing he bei lv xing neng ,biao ming zhong kong jie gou neng gou di gao ti fu ji wen ding xing 。tong shi tong guo dui wei guan ke li de li hua guo cheng jian mo ,chong xian le shi yan zhong guan cha dao de liang xiang jie mian ;ji yu gai mo xing de fen xi biao ming zhong kong ke li ju you jiao hao de ji xie wen ding xing 。(3)yi ti na mi ke li @ju bi ge wang lao jie gou fu ji wei dui xiang ,dui ping ban ya su he gang zhu ya ru hou dian ji de wen ding xing jin hang yan jiu 。jie guo biao ming ,ping ban jia zai zuo yong hou ,dian chi ke wai bu ji ben mei you chan sheng xing bian ,dian chi rong liang you xiao fu du xia jiang ;zai gang zhu jia zai zuo yong hou ,dian chi ke you ming xian de ao keng ,fu ji dian ji pian sui zai he jiang du chan sheng le bu tong cheng du de lie wen ,nei bu jie gou zao dao po huai ,zao cheng li li zi dian chi ke ni rong liang da fu du xia jiang ,bing ju wai bu zai he yue da ,ke ni rong liang xia jiang yue duo ,li hua guo cheng zhong chan sheng de huan xiang la shen ying li po huai le dian ji pian ,dao zhi sun shang guo da 。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自太原理工大学的刘笑,发表于刊物太原理工大学2019-07-26论文,是一篇关于锂离子电池论文,锑纳米颗粒论文,负极材料论文,载荷论文,应力论文,太原理工大学2019-07-26论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自太原理工大学2019-07-26论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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