納米結構硅、鍺材料的制備及其儲鋰性能研究.pdf

1、負極是鋰離子電池的一個關鍵組成部分，極大地影響著電池的電化學性能。目前商用的負極材料主要是石墨，其比容量較小，制約了電池能量密度的提高。硅、鍺材料因為具有極高的理論比容量，被認為是一類有潛力替代石墨的負極材料。然而，它們在充放電過程中有巨大的體積變化，往往會碎裂、失去電接觸，導致電池容量快速衰減。研究發(fā)現(xiàn)，具有納米結構的Si、Ge材料可以顯著改善電極的循環(huán)穩(wěn)定性，獲得良好的倍率性能。
　　本論文以Si、Ge負極材料作為研究對象，致

2、力于提高Si、Ge電極的循環(huán)穩(wěn)定性能，通過納米結構集流體和納米結構活性材料的設計、制備及其它們電化學儲鋰性能的優(yōu)化，并結合有機材料表面包覆等，顯著提高了Si、Ge電極的電化學性能。所開展的主要工作和獲得的主要結果有：
　　1.采用電化學刻蝕在泡沫銅骨架上制備出Cu(OH)2納米柱陣列，H2熱還原后得到的Cu納米線均勻覆蓋在整個泡沫銅骨架上，構成了理想的三維納米結構集流體。利用等離子體化學氣相沉積、電子束蒸發(fā)在所制備的集流體上分別包

3、覆了Si、Ge材料，制備出Cu納米線支撐的Si、Ge納米結構電極，并對它們的電化學性能進行了測試分析。實驗表明，兩電極均展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。Si納米結構電極在2A/g的電流密度下循環(huán)80次后，比容量仍高達2003mAh/g，在10A/g的大電流密度下，依然有1470mAh/g的比容量。Ge納米結構電極在2A/g的電流密度下循環(huán)200次后，比容量保持為844mAh/g，在10A/g的電流密度下依然有758mAh/g的比容量。

4、
　　2.通過電子束蒸發(fā)在CuO納米柱陣列上包覆Ge，用旋涂方法在Ge表面包覆PEDOT:PSS，制備出PEDOT:PSS包覆的CuO納米柱支撐Ge納米結構電極。通過限制充放電電壓，使CuO在首次放電之后轉變?yōu)榫哂辛己脤щ娦缘腃u/Li2O，并與銅箔基底一起構成納米結構的集流體。電化學性能測試表明，此結構的電極具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在2A/g的電流密度下循環(huán)1000次后，電極依然有640mAh/g的比容量。優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定