Si-C-Ti复合膜锂离子电池负极材料研究

Si-C-Ti复合膜锂离子电池负极材料研究一代无线电通讯设备、电站蓄电、微芯片、国防和全电动汽车的主要开发电池。g第一章绪论之间引发了一些与化石能源有关或纯粹是为了石油的战争.为了争夺对世界能源那么大力发展零排放的电动汽车以及轻巧便利的电动自行车就成了能源战略以能量密度的锂离子电池的需板电脑等各类电子产h很容易与电解液中的有机物发生反应生成气体，导致电池内部压力增大，使这种电池存在安全问题；第二个原因是：在锂离子电池的充放电过程中，金属锂的表面容易生成枝晶，枝晶很容易刺透隔膜使锂离子电池内部发生短路，使锂离子电池存在安全隐患。第三个原因是：Sony他是把锂离子嵌入碳中形成负极，以此来取极大地提升。全下面以正极材料为LiCoO和负极材料为石墨的锂离子电池为例，其在充放2化炭材料乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)PE、PP、或它们的复合膜钢、铝电位接近锂电位的可嵌入锂化合物LiPF的顽疾碳酸酯搭配6主要性能比较循环寿命(至初始容量80%)月自放电率(室温)低2高低定性，在充放电的电压窗口下(高低电位时)均不与电解质发生反应；6。所选择的正极材料要资源丰富、价格低廉、对环境友好。商用化锂离子电池正极材料为层状结构的钻酸锂(LiCoO),LiCo0的晶体结22构为a-NaFe0[4],具有层状结构,基于氧原子的立方密堆积,Li+与Co3+各自位于立2方密堆积中交替的八面体的位置,空间群为R-3m[4]。层状结构为Li+在CoO原子2密实层的层间嵌入和脱嵌提供了有效的通道,具有工作电压高、充放电电压平稳、比能量高、循环性能好等优点,加之LiCo0生产工艺简单、电化学性能稳定2等,LiCo02成为具有较高的振实密度的锂离子电池正极材料的典型代表，其可逆电池整体的制造成本[6]。除了LiCo02，层状结构的锂离子电池正极材料还有镍LiNiOaLiMnCbmAh/g，虽然比目前使用的大部分正极材料的比容量(一般120~180mAh/g)都 225Li离子脱嵌过程中，Si的体积发生巨大的变化(~400%)导致Si易破碎与金属差，首次循环不可逆电容率损耗大，库仑效率低，寿命很短。及硅负极材料目前存在3个主要问题[11~13]：(1)在充放电过程中会产生巨大的体积变化，导致材料分锂离子，降低材料的首次充放电效率；(3)硅是半导体，导电性较差，特别是高纯硅几乎不导电。目前，改善硅碳材料的容量衰减、提高循环性能的主要方因此我们采用磁控溅射共沉积的方法制备i提高起导电性，同时由于选择的金属与Si在共沉积时有较明显的相分离趋势，第二章薄膜制备方法和表征手段本文主要采用磁控溅射的方法制硅碳复合薄膜,采用多种表征手段对其进n相沉积(PhysicalVaporDeposition,PVD)和化学气相沉积(ChemicalVapor积构分析。物相的定性和定量分析。晶粒尺寸的分析。非晶结构的分析，,结晶度晶体物质都有其独特的化学成份和晶体结构,X射线通过晶体时,就会产生布拉格hkl衍射,其特征可以用各个衍射面的晶面间距d以及相对强度来表征。hklhklhklhkl行的晶面指数为(hkl)的晶面间距。(hkl)称为衍射面指数,可以用来区分相互平行但面间距不同的两组晶体点阵面,因此,不同的((hkl)将在X射线衍射图上显а拉曼光谱是一种散射光谱,其原理是当一定频率的入射光照射样品时,分子间会发非弹性碰撞,碰撞过程中会发生能量交换E,使得散射光谱频率发生变化,这一E子能级有关,因此每一种物质都有其特征拉曼光谱,从而成为了表征分子结构的有效手段。当当一束频率为ʋ的单色光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射。大0射团有特征的分子振动，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据。扫描电子显微镜(SEM)利用电磁透镜使电子束聚焦成像,以观察物质原子层辨率高,放大倍数大的特点。1背散射电子:即为入射电子在样品中经过散射从表面射出的电子。其能够反映2二次电子:当电子束与样品发生相互作用,原子外壳层会产生二次电子发射,在试样表面产生次级电子,次级电子的多少与试样表面结构和形貌有关，因此吸收次级电子信号,经过信号转变即可看到与之相对应的同步立体扫描图像,直接反映出样品的表面形貌和结构特征。3X射线:能谱分析仪(EnergyDispersiveSpectroscope,EDS)为扫描电子显微镜的一个附件,可用于样品表面某一微区域中元素的定性或半定量分析。能谱分析的基本原理为当入射电子与样品相互作用时,样品中电子受到激发产生空位,被高能级电子填充,并以辖射形式发出特征射线。根据特征X射线可以定性判断新组装的电池均需要静置24小时,保证电解液的完全渗透以及内部环境的循环寿命测试以及倍率测试电压窗口均为0.02V-1.2V,放电过程对应于负极材料对于薄膜的质量计算方法我们采用的是在薄膜制备前后通过高精度天平进行称量,从而得到薄膜质量,再测量薄膜的面积后得到薄膜的面密度,制备锂离子电池中如无特别说明,所有制备的薄膜质量均由此方法得到。然后根据电化学测试,通过薄膜的容量后计算出薄膜电极的质量比容量。第三章碳硅复合膜制备及其电化学性能的研究首先将要沉积碳硅复合薄膜的铜箔进行打磨，除去其表面的氧化膜以及杂热风。碳硅复合薄膜的制备在一个配备有多个磁控溅射靶(碳靶、硅靶、金属靶)Ti)、B(掺Ti)两组，通过对比分析两组薄膜样品的结构与电化学特性，以此采用XRD(X射线衍射)、SEM(扫描电镜)、Raman(拉曼光谱)等手段表征1碳硅复合薄膜表面形貌(a)SEM图、(b)截面SEM图。222含量的Ti0。22.Ti掺杂与硅形成SiTi合金化合物,其具有很高的离子、电子电导率,能一定程2度上提高改善碳硅复合薄膜低电导率的问题,保证了Li+的迁移速率,从而提高碳硅复合薄膜的倍率性能;同时,由于网络状结构的SiT和TiO将硅进行进一步22分割,可以作为缓冲层,从而进一步缓解硅的体积效应。3.碳硅复合薄膜掺杂前后性能有了很大变化,未掺杂多层膜前期经历了一定程g第四章结论与展望传统石墨电极比容量较低,无法适应未来储能领域对锂电池的高要求。而碳硅复合薄膜以其较高的比容量,在高能量密度,高功率密度领域具有很好的潜在,也严重限制了其实际应用。针对