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XX大学 毕业论文

录题 目 锂离子电池硅基负极 材料研究现状与发展趋势

姓名XX 教育层次大专 学号XX 省级电大XX

专业应用化工技术 分校 XX 指导教师 XX 教学点XX

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目

一、………………………………………………………………4 二、………………………………………………………………4 三、………………………………………………………………5 四、………………………………………………………………6 五、………………………………………………………………6 （一）……………………………………………………………6 （二）……………………………………………………………7 参考文献…………………………………………………………7 致谢………………………………………………………………8

锂离子电池硅基负极材料研究现状与发展趋势

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摘 要: 硅基负极材料因具有高电化学容量是一种极具发展前景的锂离子电池负极材料. 评述单质硅、硅-金属合金、硅-碳复合材料以及其他硅基复合材料作为锂离子二次电池负极材料的最新研究成果, 分析锂离子电池硅负极材料存在问题, 探讨硅基负极材料的合成、制备工艺以及未来硅基材料的研究方向和应用前景. 分析结果表明, 通过硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等技术手段, 实现硅基负极材料同 时兼备高容量、长寿命、高库伦效率和倍率性能, 是未来的主要发展方向.

关键词: 应用化学; 锂离子电池; 负极材料; 硅基复合材料。

锂离子二次电池因具有比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、自放电率低、快速充电、无污染、工作温度范围宽和安全可靠等优点, 已成为现代通讯、 便携式电子产品和混合动力汽车等的理想化学电源. 在制造锂离子二次电池的关键材料中, 负极材料是决定锂离子电池工作性能和价格的重要因素. 目前商业化的负极材料主要是石墨类碳负极材料, 其实际容量已接近理论值(372 mA·h / g), 因此不能满足高能量密度锂离子微电池的要求. 另一方面, 石墨的嵌锂电位平台接近金属锂的沉积电势, 快速充电或低温充电过程中易发生 “析锂” 现 象从而引发安全隐患. 此外, 石墨材料的溶剂相容 性差, 在含碳酸丙烯酯等的低温电解液中易发生剥 离导致容量衰减[1] . 因此, 寻求高容量、长寿命、安全可靠的新型负极材料来代替石墨类碳负极, 是锂离子电池发展的迫切需要. 在各种新型合金化储锂的材料中, 硅容量最高, 能和锂形成 Li 12 Si 7 、Li 13 Si 4、Li7Si3 、Li15Si4 和Li22Si5等合金, 理论储锂容量高达 4212mA·h / g, 超过石墨容量的10倍[2-3] ; 硅基负极材料还具有与电解液反应活性低和嵌锂电位低 (低于0.5 V) 等 优点[4-5] . 硅的嵌锂电压平台略高于石墨, 在充电时难以引起表面锂沉积的现象, 安全性能优于石墨负极材料[6] . 此外, 硅是地壳中丰度最高的元素之一, 其来源广泛, 价格便宜, 没有毒性, 对于硅负极材料的商业化应用具有极大的优势. 本文评述了近年来单质硅、 硅-金属合金以及硅-碳复合材料和其他硅基复合体系作为锂离子二次电池负极材料最新研究成果, 并对今后研究方向和应用前景作了展望.

一、 硅脱嵌锂时的结构变化

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