一、微米硅粉的基本物性(论文文献综述)
罗汉卿[1](2021)在《硅碳-石墨负极材料的干法制备及改性研究》文中提出石墨作为商业化锂离子电池最常用的负极材料,因其较低的理论比容量限制了电池能量密度的进一步提升。硅材料凭借其丰富的储量、适宜的电压平台以及更高的理论比容量而成为极具潜力的锂离子电池新型负极材料。但硅在充放电过程中会产生巨大的体积效应,导致硅颗粒粉化失效、颗粒表面固体电解质膜连续生成,造成电极容量迅速下降。针对硅基材料的技术问题,本论文通过制备硅/石墨/碳复合材料来改善硅的储锂性能,并将复合材料和人造石墨混合成硅碳-石墨产品,使其性能达到商业化锂离子电池负极材料技术标准。本论文的研究内容如下:(1)将模压后的硅/石墨/碳复合材料与未模压的硅/石墨/碳复合材料分别与人造石墨混合成硅碳-石墨产品,发现经模压法制备的硅碳-石墨产品具有更优的电化学性能,未模压的硅碳-石墨的首次充电比容量为426.5 m Ah/g,在扣式半电池测试中循环100圈后容量保持率为86.5%。在软包全电池测试中循环300圈后的容量保持率为74.36%。模压后的硅碳-石墨的首次充电比容量为429.6m Ah/g,在扣式半电池测试中循环100圈后容量保持率为90.6%。在软包全电池测试中循环300圈后的容量保持率为76.7%。分析表明模压工艺有助于复合材料颗粒成型,有效提升了材料振实密度,降低了材料比表面积。经模压后硅/石墨/碳复合材料具有石墨核心与沥青热解碳壳结构,有效缓冲了纳米硅的体积效应,提高了材料的循环稳定性。(2)通过模压法、高温热解法和气流粉碎法制备了硅/石墨/碳复合材料,将硅/石墨/碳复合材料与人造石墨混合成硅碳-石墨产品,研究了不同热解温度、不同颗粒尺寸对硅碳-石墨产品性能的影响。测试结果表明,当热解温度为1000℃,硅/石墨/碳复合材料颗粒平均粒径为8μm时,硅碳-石墨的电化学性能最好。优化条件下制备的硅碳-石墨的首次充电比容量为429.4 m Ah/g,首次库伦效率为94.5%,在扣式半电池测试中循环100圈后的容量保持率为90.6%,在软包全电池测试中循环300圈后的容量保持率为76.7%。(3)以煤焦油沥青为碳源,对制备的硅/石墨/碳复合材料进行二次碳包覆改性,再将二次碳包覆后的硅/石墨/碳复合材料和人造石墨混合成硅碳-石墨产品,研究了不同二次碳包覆量对硅碳-石墨性能的影响。测试结果表明,二次碳包覆量为5%的硅碳-石墨电化学性能最好。其首次充电比容量为425.2 m Ah/g,首次库伦效率为94.8%,在扣式半电池测试中循环100圈后的容量保持率为92.9%,在软包全电池测试中循环300圈后的容量保持率为82.3%。
丁扬[2](2020)在《基于微纳粉芯丝材的Fe基记忆合金增材制造及抑损特性研究》文中认为采用增材制造技术制备记忆合金结构件,实现形状记忆合金和增材制造技术的有机融合,已成为智能材料制造领域研究的一个重点主题。然而,增材制造过程中极易产生元素烧损、晶粒粗大等问题,造成较大的形状记忆功能损失。针对这一问题,本文提出以“高沸点外皮包裹低沸点合金元素粉末”的粉芯丝材,作为增材制造形状记忆合金用材,且通过将粉芯中部分合金元素纳米化,以引入纳米效应等改性作用,进而抑制形状记忆合金增材制造过程中记忆功能损失的研究思路;同时,选择具有价格低廉、记忆效应稳定、强度高等优点的Fe基记忆合金为研究对象,开展基于微纳粉芯丝材的形状记忆合金增材制造相关研究,阐明了Fe基记忆合金粉芯丝材增材制造过程、工艺、组织、性能,并探究微纳粉芯丝材中纳米组分对Fe基记忆合金增材制造记忆功能损失的抑制效果;从而,推动Fe基记忆合金的广泛应用,并丰富和发展增材制造用材,尤其是增材制造用粉芯丝材及其相关理论。本文完成的主要工作和获得的主要结果如下:(1)分析了Fe基记忆合金单道单层、单道三层电弧增材制造过程中的温度场,以此为依据,确定了电弧增材制造Fe基记忆合金中的元素比例影响程度最小的参数选取,进而获得了电弧增材制造的初步工艺窗口,并研究了单道三层熔融沉积层下的Fe基记忆合金增材制造过程中的温度场变化规律。研究表明,在多次的熔融沉积过程中,前一层已经熔融沉积完成的沉积区域,超过2/3区域出现重熔现象,使易烧损Mn、Si等元素产生二次乃至多次元素烧损;同时,在第三层熔融沉积过程中,各监测点最高温度逼近4000℃,将会进一步加速元素烧损。(2)研究了Fe基记忆合金粉芯丝材的制备及电弧增材制造工艺。通过对圆管法工艺阐述、扎尖-拉拔一体化拉丝设备研制、粉料填充配比模型计算、拉丝前钢管高温防氧化处理等研究,获得了Fe基记忆合金粉芯丝材制备的全流程工艺方法;同时,采用正交实验优化,以单道三层沉积层的表面光滑和表面平整程度等级μ为评价指标,确定了微纳粉芯丝材增材制造Fe基记忆合金的最佳工艺参数。研究表明,在电流大小I=190A、熔融沉积速度大小V=0.4 m/min、层间冷却时间大小T=45 s时,合金表面焊道较为平直光滑,试样内部形貌完好,无气孔、空洞、裂纹等缺陷。(3)考察了四种纳米硅含量掺杂的的粉芯丝材电弧增材制造Fe基记忆合金的铸态、均匀化及固溶组织。研究表明,纳米硅的掺杂打断了铸态组织的生长,铸态特性随着纳米硅掺杂量的增多逐渐消除,均匀化与固溶处理后铸态组织得到全部消除;同时,与常规微米粉粉芯丝材制备下的记忆合金相对比,分别掺杂占Si元素总量10%、30%、50%纳米硅制备出的Fe基记忆合金的组织得到细化,相应地其硬度分别提升了5.22%、11.99%、20.10%;此外,Mn元素的烧损量相比于常规粉芯丝材也要小,其中掺杂30%纳米硅烧损降低了24.17%。(4)研究了四种纳米硅含量掺杂的粉芯丝材电弧增材制造Fe基记忆合金的形状记忆性能,通过观察形变回复前后的组织,解释了纳米硅掺杂对于形状记忆性能变化的影响,并阐明了纳米硅掺杂对Fe基记忆合金电弧增材制造中形状记忆损失的抑制作用。研究表明,所掺杂的纳米硅对形状记忆性能有不同程度的改善,在掺杂占Si元素总量30%的纳米硅时,其形变回复率提高了244%;纳米硅掺杂对增材制造形状记忆性能损失的抑制作用主要表现为,抑制合金元素烧损、抑制合金强度下降、增加?马氏体数量、抑制不可逆α’马氏体生成四个方面。
韩响[3](2019)在《锂离子电池电极材料及电解质界面研究》文中研究表明目前在大规模储能、电动汽车和智能移动终端领域都对高比能、高安全性的锂电池提出了更高的指标要求。然而采用以过渡金属层状氧化物LiMO2(M为过渡金属)正极和石墨负极的商业电池体系,已逐渐趋近其比能量极限(~260 Wh/kg)。要进一步提升锂电池比能量至500 Wh/kg,采用高比容量的Si(4200 mAh/g)、Li(3860mAh/g)负极是必由之路。由于Si和Li负极巨大的体积膨胀效应导致活性材料粉化、失去电接触、与电解液持续反应生成不稳定固体电解质界面相(SEI),导致循环性能迅速下降。开展了纳米硅负极的制备和表界面改性研究。以单晶硅片为起始材料,利用两步电化学腐蚀、剥离法制备孔径(~10 nm-~1μm)和厚度(~100 nm-~100μm)多孔硅自支撑薄膜,利用聚丙烯腈(PAN)裂解的无定型碳包覆层有效地提高了负极的导电性和SEI稳定性。为进一步增强硅/碳界面附着特性,创新性地原位构建界面Si-N-C层,增强了硅/碳间的相互作用、提升了硅碳间导电通道在循环过程中的稳定性,非活性界面氮化层同时减少了 Si与电解液的副反应。因此,表面碳包覆和界面氮化协同作用的多孔硅电极的导电性、结构和SEI稳定性显着提升,实现了 2000次循环容量无衰减优异性能。此外,开展了高倍率的NiSix/a-Ge/a-Si异质结纳米线高倍率(40 A/g)负极的研究,通过引入超薄a-Ge插层降低了其界面阻抗、提高了 a-Si在NiSix上的的附着性。为克服纳米硅高比表面积带来的低面积容量、低库伦效率,将材料拓展到低成本、可规模化制备的光伏产业微米级多晶硅粉,并研究了高负载微米硅(MSi)/石墨烯负极的储锂机理。为缓解MSi体积膨胀带来的材料粉化,首先提出铜诱导腐蚀硼重掺杂MSi,探索缺陷中心局域电场与Cu离子相互作用和腐蚀过程动力学机制,制备高孔隙率多孔MSi材料,获得了高效率(首效92.4%),高容量(2316 mAh/g,4 mAh/cm2),高稳定性的锂离子电池材料。为进一步稳定多孔MSi与电解液界面、提高库伦效率,开发了 ALD/CVD联动包裹技术,实现三维多孔MSi上准原子尺度高导电性、高机械强度的Al2O3/mG复合膜的精确设计与构建;利用高分辨TEM分析表面电化学位及SEI膜演化,阐明复杂的电极表面、界面性能演化机制。另一方面,使用Li金属和易燃有机电解液的锂电池存在严重的安全隐患,要从根本上解决安全性问题,需引入阻燃陶瓷固体电解质。由于固态电解质与正负极材料间由于热力学和电化学稳定性的差异带来剧烈的界面互反应,空间电荷层等效应带来界面高阻抗;另一方面固态正极与电解质层集成技术也限制了其容量的发挥和长周期稳定循环性能的获得。通过第一性原理计算得出钴酸锂(LCO)和LATP电解质间稳定固固复合电导界面相,进一步利用液相等离子辅助烧结,通过引入低比表能的B2O3,(0.08 J/cm2)有效降低了LATP的烧结温度,同时界面液相B2O3有效调控了界面反应原位生成了双电导界面层Li3PO4/Co3O4。利用此液相烧结技术实现了一步法集成LATP/LCO-LATP双层的固态电池模型,在全体固态电池测试中发挥了4-6 mAh/cm2的面积容量,比文献报道值提高了一个数量级。进一步将此技术拓展至高容量高镍三元正极材料(NMC622、NMC811),由于高镍NMC正极的高电子和离子电导,进一步降低了固体电解质在正极中的含量(2 wt.%),获得了高密度(>90vol.%)、高电导率(~10-2 S/cm)、高活性物质负载(98 wt.%)的NMC622固态厚正极(~120 μm),结合薄膜固态电解质物理沉积技术生长~350 nm LATP。将此用于全固态电池获得了 8-10 mAh/cm2的面积容量,可实现软包固态电池的比能量密度大于400 Wh/kg。
许志新[4](2019)在《二次电池高容量负极界面调控与电化学研究》文中研究指明金属锂和钠分别具有3860和1166 mAh g-1的理论比容量和很低的电极电位,而可储锂的硅负极材料理论比容量达到4200 mAh g-1,且其嵌脱锂电位适中,它们都是极具应用潜力的二次锂电池高容量负极材料。将锂(钠)或硅负极与高容量正极匹配,组装得到的全电池将具有很高的能量密度和应用前景。然而,金属锂(钠)本身活性高,易与液体电解质发生反应,使得界面阻抗增加以及在循环过程中电极库仑效率低下。而锂(钠)金属在电极表面的不均匀沉积易形成枝晶,导致电池寿命变短,甚至存在严重的安全隐患。针对上述问题,本文通过设计与活泼金属相容的新型电解液和人造SEI膜来调控电极界面的结构与组成,从而抑制枝晶的形成和提高电极库伦效率及循环稳定性。另一方面,硅也是目前最有可能实现工业化应用的高容量负极材料,锂合金化有望彻底解决枝晶问题,提高电池的安全性能。然而其自身存在着严重的嵌脱锂体积效应及导电性差等问题,虽然近年来对这些问题的解决取得了较大进展,但主要着眼于制备纳米或孔隙结构的硅材料,使成本显着提高或难以大规模生产。本文针对硅基负极具有实用价值的高效电极粘结剂和电解液添加剂开展研究,通过调控和优化硅基电极与电解液的界面稳定性,显着提高了电池的循环寿命。本论文的具体内容如下:1.制备了一种适用于锂金属负极的碳酸酯类电解液(1 M LiODFB/EC-DMC-FEC)。它具有较高的室温离子电导率(7.2 mS cm-1),较宽的电化学窗口(5.5 V vs.Li/Li+),以及较好的热稳定性(60℃)。使用该电解液的Li|Li对称电池在0.28 mA cm-2的电流密度下可以稳定循环超过2000 h。采用Li|Cu电池测试得知该体系的平均库仑效率高达98.8%。另外,通过使用该电解液,Li-S@pPAN电池循环1100次后的容量保持率仍然达到89%。此外,电池可以在较高倍率下循环。2.提出了一种简便、低成本并且非常有效的锂金属电极保护方法。通过化学和电化学的互补,在锂电极表面构建了一个多级结构的保护层,包含Li3Sb合金、LiF以及长链和短链的有机物组分。具有该保护层的锂金属电极的物理性质和电化学稳定性都得到明显改善。另外,该方法也适用于钠金属电极,使用改性的Na|Na对称电池,在不同电解液中均可以实现稳定的循环,尤其是在醚类电解液中2 mA cm-2下能循环2400 h。改性的Li(Na)金属负极与不同的正极有效兼容,确保了全电池的电化学性能发挥。3.制备了一种带有自愈合功能的新型水系粘结剂PAA-P(HEA-co-DMA)用于硅基负极。该聚合物具有良好的拉伸性能(>400%)和高度可逆的弹性,且刚性-柔性链和键的结合和交联形成了具有特殊自愈合能力的三维网络柔性结构。此外,其侧链上具有丰富的羧基和邻苯二酚基团,使粘结剂与硅活性颗粒表面基团之间产生强烈的相互作用,极大增强了湿/干粘附力和电解液的吸收。因而能使硅负极承受强体积变化,并抑制亚微米硅颗粒的离散性粉化,使电极性能得到显着改善。在3.2 mAh cm-2的较高面容量下能稳定循环200次,即使在5A g-1的大电流下200次循环之后仍具有90%的容量保持率。硅颗粒良好的形貌稳定性也有效改善了其界面稳定性,使首次循环效率从81.2%提升到89.3%。4.在上述粘结剂研究的基础上进一步提出了适合于硅负极的新型电解液添加剂。在常规的1 M LiPF6/EC-DMC电解液中引入双组分添加剂1%LiPO2F2+2%DMTFA,该电解液室温下具有较高的离子电导率(10.9mS cm-1),宽的电化学窗口(5 V vs.Li/Li+)和较好的热稳定性(60 oC)。更重要的是,它与硅基负极具有良好的相容性,表现出优异的电化学性能,完全可以替代常用的FEC添加剂。常温下该添加剂与FEC对硅基电池的电化学性能的影响差别不大。但在60 oC下含新型电解液的电池可以稳定循环100次以上,而采用常规的含FEC电解液,电池的容量则显着下降。
赵俊豪[5](2018)在《锂离子电池硅基复合材料的制备及其储锂性能研究》文中进行了进一步梳理锂离子电池硅基负极材料由于具有高比容量(4200 mAh g-1)、电压平台低(0.4V)、安全性能好等优点受到广泛关注。但是硅材料在锂化/脱锂过程中存在超过400%的体积变化,导致材料粉碎、易与集流体脱落、无法形成稳定的SEI膜等,最终导致容量的快速衰减,抑制硅的体积膨胀是目前急需解决的问题。现阶段的解决方案主要是利用具有机械硬度的材料将其限制在保护结构中以缓解硅体积膨胀带来的应力,减缓材料的破碎,维持稳定的SEI膜,得到较好的电化学性能。本文主要是从两个方面对硅的复合化进行了结构的设计,具体内容如下:1.设计氟离子诱导的刻蚀再沉积制备了一种多孔的核壳结构材料Si@Si02,通过控制反应的时间、温度和氟离子的浓度可精确调控制备厚度在3-12 nm之间的多孔Si02包覆层。实验表明氧化硅层的厚度为5nm时,该核壳材料在2.1 Ag-1的电流密度下经过300次循环后放电比容量为1356 mAh g-1,容量保持率为56.1%,较大地改善了原材料的电化学性能。2.设计并制备了以纳米硅粉为硅源、粘结剂PVDF为热解炭源、碳纳米管(CNTs)作为碳骨架的硅炭负极材料。PVDF经炭化后形成炭基体能够很好地包裹硅材料。碳纳米管(CNTs)的抗压性和韧性显着缓解了硅粉在充放电过程因体积效应所产生的局部应力,并形成了三维的导电网络。最终制备的硅炭材料在2.1 A g-1的电流密度下循环300次后放电比容量维持在899 mAh g-1,容量保持率达78%。
宋俊[6](2017)在《锂离子电池硅基负极新型制备方法研究》文中进行了进一步梳理硅材料因其较高的理论比容量、低电压平台和丰富的储存量,成为一种颇具应用前景的锂离子电池负极材料。然而锂化过程中会产生巨大的体积效应,导致硅基材料碎裂粉化、活性材料之间以及活性材料与集流体之间失去电接触,使得电池循环性能变差甚至失效,硅基锂离子电池并未被大规模商业化应用。为克服体积膨胀带来的负面影响,制备特殊结构硅基材料和发展一种低成本、简单高效的制备方法成为关键。论文提出采用高压冷气体动力喷涂技术制备硅基电极,并以实验为主、模拟计算相辅的方法研究了纯硅和硅铜复合涂层的形貌、微观结构和电化学性能,为新型硅基电极所面临的新的挑战提供了一种行之有效的解决方法。论文中,首先利用实验室自主研发的高压冷喷涂设备沉积了不同粒径和不同形状的硅粉,成功制备了纯硅涂层。通过分析天平对喷涂前后样品质量进行测量,发现硅粉沉积后样品质量的变化不同于常用金属粉末,并进一步探究了质量减小的规律和原因。借用扫描电子显微镜、元素分析和能谱分析对所制备涂层的表面形貌、断面形貌和微观结构进行了观察和剖析,深入考察了喷涂气体参数、喷涂道次、送粉流率和粒径对纯硅涂层形貌和性能的影响并获得各因素的影响规律。通过层喷涂和单颗粒子沉积获得非球形硅粉独特的沉积特性和沉积行为。首次通过化学溶解从所制备的冷喷涂纯硅涂层中分离得到硅涂层薄膜,比较了硅涂层薄膜界面和表面的形貌以及结构,发现了硅薄膜涂层间硅粒子结合机理和硅粒沉积后的形态。将制备的纯硅涂层组装成锂电池并测试了其电化学循环和容量性能。冷喷涂中硅粒子和铜基板的结合及其结合界面性质对于硅涂层形貌、微观结构以及电极性质至关重要。为此,进一步采用以密度泛函理论为基础的第一性原理方法从微观尺度对硅铜结合机理进行了探索。计算时,首先构建了硅铜界面模型,计算了界面粘附功,得出破裂硅铜界面体系中发生的位置。通过局域和总态密度计算,分析了界面的成键特性,证明了硅铜界面中存在化学结合可能,同时具有共价键和离子键特性。硅粉的无规则形状和较高的硬度使其在冷喷涂喷管中呈现出与球形金属粉末不一样的流动规律。论文利用流体动力学方法从宏观尺度主要模拟研究了粒子形状因子对微米固体颗粒在超音速气流中的动力特性和沉积特性的影响,获得了形状因子对粒子撞击参数的影响规律,补充丰富了已有粒子沉积特性的结论。进一步分析和获得了不同送粉气流压力、主气流压力和主气流温度下粒子撞击参数随形状因子的变化规律。论文最后先基于一维等熵流动计算和Fluent模拟优化了已使用的冷喷涂喷管,再采用机械混合获得铜硅复合粉末,利用优化设计的喷管喷涂制备硅铜复合涂层。实验观察对比分析了不同过程参数和铜粉含量所制备的复合涂层形貌和微观结构,获得了适合硅铜复合涂层制备的优化参数。通过点喷涂、层喷涂和分层喷涂等不同方式制备了具有不同形貌和结构的复合涂层,分析了各复合粉末的沉积行为和特性。测试了不同参数的硅铜复合电极的循环和容量性能,并与纯硅电极性能进行了比较。论文首次利用高压冷喷涂技术成功制备了纯硅和硅铜复合涂层,并将其作为锂离子电池负极测试了其电化学性能。所得结论为将冷喷涂方法发展成为一种简单、低成本、高效、大规模商业化制备硅基电极方法奠定了基础,具有极为重要的工程应用意义。
杜霞[7](2014)在《锂离子电池硅负极活性材料的改性研究》文中研究表明在对高比容量能源需求强烈的当下,硅基材料成为了锂离子电池负极材料的研究宠儿。针对硅负极材料导电性差,体积效应大,SEI膜不稳定等问题,本文结合微量掺杂、纳米化、硅碳复合化等改性方法,成功制备了多种比容量高、循环性能好、首次库伦效率高的硅/碳复合锂电负极材料。一方面,将应用于太阳能电池的磷掺杂n型硅作为负极材料,然后进行碳包覆,制备了n-Si/C复合材料,并对其制备工艺进行了优化,电化学性能作了分析;另一方面,采用不同的硅源,利用石墨烯进行复合,制备了三种硅/石墨烯复合材料,并通过电化学工作站、充放电测试等作了分析表征。此外,对亚微米硅/GNS的内在反应动力学还作了初步探讨。1、减小颗粒尺寸能够提高硅的循环稳定性,但改善程度有限;微量P(或B)掺杂不影响硅的结构,却能显着改善硅的导电性以及循环性能;n型硅以及亚微米硅是更为理想的硅电极材料。2、采用高温固相法制备了性能优异的n-Si/C复合材料,其30次后的放电容量为1101.4mAhg-1,首次库伦效率高达85.6%。对该材料制备工艺及电极制作条件进行了研究,结果发现:最佳烧结工艺为600℃/1h,最佳碳源为葡萄糖,最佳n型硅、碳比为1:1;添加石墨后,复合材料放电比容量增加,循环稳定性大大提高,首次库伦效率提高至81.1%;二次包覆后,复合材料循环可逆性与首次库伦效率都得到提升,其30次后放电容量为1054.3mAhg-1;在电极片制作中,集流体选用铜箔效果更好,极片干燥温度使用80℃最佳,极片热处理也有利于电极性能提升。3、通过原位复合及直接机械混合的方式制备了循环性能好、比容量高、导电性好的硅/石墨烯(MS@Si/GNS,nano@Si/GNS,p-Si/GNS)复合负极材料。重点对MS@Si/GNS进行了工艺参数的研究,经各种测试手段发现:原位复合制得SG1具有更高的首次容量,库伦效率以及导电性;随石墨烯含量的增加,MS@Si/GNS首次放电容量逐渐降低,循环性能依次提高,阻抗值逐渐减小;CNT的加入以及极片热处理都有助于MS@Si/GNS循环性能的改善和导电性的提高。4、通过SSCV研究,EIS分析及锂离子扩散系数计算发现,MS@Si/GNS表现出了优异的循环可逆性及高的锂离子迁移率,DLi可达2.9×10-12 cm2s-1,比纯亚微米硅高出一个数量级,不同次数的各R值变化较小,电极结构稳定性良好。
杨进生[8](2013)在《有机硅硅粉加工设备管理的重要性和有效途径》文中指出本文首先介绍了设备管理的重要性和研磨工艺及研磨设备的选择,然后分析了研磨工艺及研磨设备评述,最后阐述了设备管理的有效途径。
李涛[9](2013)在《锂离子电池用硅基材料电化学性能的研究》文中提出硅基负极材料以其巨大的储钾容量,略高于碳材料的放电平台,储量丰富等优点而备受关注,是一种非常有发展潜力的二次锂离子电池负极材料。但硅基材料较差的循环性能和较大的首次不可逆容量损失导致其商业化应用受到限制。本论文首先对微米硅粉体、纳米硅粉体的电化学性能进行表征,通过研究不同结构硅基电极组成、结构、与电化学性能之间的关系,探索硅基材料电化学性能失效和容量衰减机理。在此基础上,从硅碳复合的角度入手,采用超细磨-热解法制备了Si/石墨/C复合材料,研究了不同石墨基体、硅碳比例、热解温度等对Si/石墨/C复合材料的影响,并对Si/石墨/C复合材料的电化学性能进行了表征,与纳米硅材料电化学性能相比,Si/石墨/C复合材料的循环性能明显改善。微米硅粉体的电化学性能测试表明:首次嵌锂容量为2726mAh/g,首次脱锂容量为1716mAh/g,首次充放电效率只有62%,循环至第9周嵌脱锂容量快速衰减到100mAh/g以下,同时微米硅粉体电极嵌锂和脱锂电位差随着循环过程的进行逐渐增加,由第2周的0.26V逐渐增加到第8周的0.46V,随着嵌脱锂循环的进行微米硅粉体电极的电化学反应极化加大。对微米硅循环前后电极片的SEM、EDS测试结果表明:硅在嵌锂过程中发生体积膨胀、破裂和粉化现象,体积膨胀导致硅与导电碳材料接触变坏,电极厚度由循环前60μm变为首次嵌锂后的90μm,电极极化增加,而颗粒的破裂和粉化导致部分小颗粒硅与导电碳失去电接触,嵌锂过程中硅材料不能完全发挥作用,嵌锂容量低;而脱锂过程中,因硅体积的收缩影响其与导电碳材料的接触,硅材料中所嵌入的锂不能有效脱出。在循环过程中,硅材料持续发生体积膨胀、破裂、粉化、收缩的过程,电极内部的导电网络被破坏,电极厚度持续增加至150μm,电极厚度的增大加剧了电极内部的极化,硅的嵌脱锂容量持续下降。由于电极表面极化较小,靠近隔膜的表层硅材料的膨胀-破裂-粉化-收缩尤为严重,当循环持续到第9周后,电极表层与靠近铜箔底层之间出现宽约60μm的裂缝,电极表层完全脱落,电极失效。采用CMC/SBR复合粘结剂对纳米硅粉体的电化学性能进行表征,首次嵌锂容量达4105mAh/g,首次脱锂容量为3201mAh/g,首次充放电效率为78%,30次循环后脱锂容量为2221mAh/g,与采用PVDF为粘结剂相比较,电化学性能得到了明显的提升。对循环前后纳米硅粉体电极的XRD、SEM分析结果表明,纳米硅粉体在嵌锂过程中只发生体积膨胀现象,由循环前的平均粒径70nm,经过30周循环后变为平均粒径100nm的类球形颗粒,没有出现颗粒破裂、粉化的现象,体积膨账导致电极结构(厚度和孔隙率)的变化和表面SEI膜的破坏与再生,电极的循环性能下降。相比采用PVDF为粘结剂,以CMC/SBR复合粘结剂制备的电极结构变化小,SEI膜较为稳定,电极的循环性能较好开发了一种新型热解碳包覆纳米Si/石墨/C复合材料的制备工艺,研究了不同碳基体、硅碳比例、热解温度等对Si/石墨/C复合材料的影响,当采用AGP-8碳基体、0.5:9.5的硅碳比、3%的热解碳量、650℃的热解温度所制备的Si/石墨/C复合材料首次脱锂容量为535mAh/g、首次效率为81.3%、40周循环脱锂容量为482mAh/g、脱锂容量保持率约为90.1%。Si/AGP8/C复合材料的电压-容量曲线上有一个0.45V硅材料独有的脱锂平台,目Si/AGP8/C复合材料嵌锂末期对碳负极材料嵌锂电位的升高有利于避免形成锂枝晶所带来的安全性问题。采用SEM、XRD和TEM分析了Si/AGP8/C复合材料的结构,结果表明,Si/AGP8/C复合材料中纳米硅颗粒负载在片状碳颗粒的表面,颗粒之间形成了导电碳网络。碳载体缓冲了硅体积膨账造成的对电极结构的破坏,而热解包覆碳进一步改善了材料的性能,所制备的Si/AGP8/C复合材料表现出较好的电化学性能。
宋小兰[10](2008)在《微纳米含能材料分形特征对其感度的影响研究》文中进行了进一步梳理含能材料的感度研究是一个既传统又富有挑战性的课题,长期以来受到了国内外同行学者的广泛重视。总体来说,影响含能材料感度的因素大致可归纳为内外两种。其中,内因是指含能材料自身分子结构所决定的化学性质,如猛炸药TATB的分子结构中存在三个C-NO2、三个C-NH2和一个苯环等不活泼基团,导致它的感度非常低,有“木头炸药”之称。而硝胺类炸药如RDX、HMX和HNIW等,由于其分子结构中含有强致爆基团N-NO2,导致其感度显着高于TATB。这种分子结构对炸药感度的影响通常是难以改变的。然而,除上述内因外,含能材料的粒度/粒度分布、表面形貌、晶型以及装药密度等外因对感度也会产生显着的影响,更重要的是这种影响在一定程度上是可以控制和调整的。因此,一直以来国内外学者均试图通过调节含能材料的粒度分布和表面形貌来改善和提高武器弹药系统的安全性能。这些研究取得了丰硕的成果,同时也存在很多分歧,特别是缺乏具有系统性和规律性的研究结果。事实上,由含能材料的粒度分布和表面形貌的不同所导致的感度变化只是一种外在的表现形式,而实质原因则是在于含能颗粒群中颗粒尺寸结构及表面形貌的复杂和不均匀(不规则)程度的差异会使得它们的热传导性能发生改变,从而在宏观上体现出感度的不同。本研究旨在结合分形理论和热点学说,采用分形维数来定量地表征含能颗粒群中颗粒的尺寸结构以及表面形貌的复杂和不均匀(不规则)程度,试建立具有分形特征含能颗粒群的热传导模型,并运用该模型结合实验详细研究微纳米含能材料的分形特征对其感度的影响,初步实现将含能颗粒群的分形维数作为衡量其热传导性能以至感度的一个重要依据。首先,研究了含能颗粒群的粒度分布和表面形貌的分形特征,并结合分形理论和热点学说,试建立了具有分形特征含能颗粒群的热传导模型。采用粒度分形维数(D)表征含能颗粒群中颗粒尺寸结构、粒度分布范围、细颗粒所占比例、颗粒尺寸的复杂和不均匀程度等,采用表面分形维数(Ds)表征含能颗粒群中颗粒的表面粗糙度、颗粒比表面积、以及表面形貌的复杂和不规则程度等,并讨论了D和Ds的取值范围和物理意义。在此基础上,试建立了简单分形(只含D)含能颗粒群的热传导模型和混合分形(含D和Ds)含能颗粒群的热传导模型,详细讨论了D和Ds的变化会对含能颗粒群的热传导性能以及感度产生怎样的影响。然后,通过含能颗粒群的粒度累积分布曲线计算出D值,典型的含能单颗粒的表面形貌SEM照片计算出Ds值,根据D值和Ds值作为定性地衡量含能颗粒群热传导性能的变化情况及其感度大小的一个重要依据。其次,从微米级炸药的机械感度和热分解特性等方面入手,系统地研究了炸药的粒度分布和表面形貌的分形特征对其感度的影响规律。采用机械球磨法、溶剂/非溶剂法、物理筛分法以及气流粉碎法等制备了不同粒度/粒度分布和形貌的微米级(HMX、RDX、HNIW和AP)炸药,考察了它们的机械感度和热分解特性等。研究结果表明,对于同类炸药,相同或相似形貌炸药的感度随粒度的变化遵循一定的规律,然而,不同形貌的同类炸药之间其感度随粒度的变化规律却各不相同。以HMX为例,随着粒度(d50)的减小,球形HMX的撞击感度降低、而摩擦感度升高,针形HMX的撞击和摩擦感度均降低,无规则多面状HMX的撞击和摩擦感度均变化不大,球形HMX的热分解速率降低。同样,球形和短棒及片状RDX的感度随粒度也遵循各自不同的变化规律。结合分形分析的研究发现,炸药的撞击感度与粒度分形维数有关,即D值越大,含能颗粒群的热传导性能越好,不易产生热点引发爆炸。并且,炸药的摩擦感度与表面分形维数有关,即Ds值越大,含能颗粒间以及颗粒与周围介质间的摩擦系数增大,摩擦生热量增多,易产生热点引发爆炸。此外,炸药的热分解特性与粒度分形维数和表面分形维数均有关,即D值和Ds值均很大的含能颗粒群的热传导性能好,不易形成热点引发爆炸。第三,在微米炸药的研究基础上,为进一步考察纳米级含能材料的感度性质,分别制备了纳米及纳米复合炸药并进行了机械感度和热分解特性的研究。结合溶胶-凝胶法和超临界GAS法制备了纳米(HNIW/Fe2O3、RDX/Fe2O3、HMX/Fe2O3、AP/Fe2O3和ADN/Fe2O3)复合炸药,并首次利用酸蚀法祛除其中的惰性骨架(Fe2O3),成功地制备了纳米硝胺(HNIW、RDX和HMX)炸药。研究发现,前驱体Fe(NO3)3·9H2O的摩尔浓度为0.297 mol·L乙醇-1内,HNIW浓度为0.438 mol·L乙酸乙酯-1内,环氧丙烷用量为8.334mL·g硝酸铁-1时,是制备纳米HNIW/Fe2O3复合炸药的最佳工艺条件。酸蚀法所获得的纳米HNIW为α晶型和ε晶型的混晶体,以α晶型为主,粒子尺寸约50nm~100nm。此外,纳米RDX中多数粒子尺寸约100nm,纳米HMX是β晶型和α晶型的混晶体,以β晶型为主,大部分粒子尺寸约100nm。感度实验结果表明,纳米复合炸药随其中炸药含量的减少,其撞击感度和摩擦感度以及放热量均呈显着降低的趋势,且放热峰有一定提前(除纳米复合AP/Fe2O3的摩擦感度升高外)。另外,纳米硝胺炸药的撞击感度略有降低,但摩擦感度却大幅升高,且放热峰提前。最后,尝试将分形含能颗粒群的热传导理论拓展至混合型含能颗粒群的感度研究中,初步探讨了Si粉的分形特征对微纳米硅/铅丹延期药的热反应特性和机械感度的影响。研究结果表明,在微米硅/铅丹延期药体系中,随着超细Si粉含量的增大,延期药的低温反应提前并增强,总放热量增大,而摩擦感度却普遍升高,这是由于超细Si粉具有较高的表面分形维数(Ds)所致;在纳米硅/铅丹延期药体系中,随着纳米Si粉粒度的减小,延期药的高低温反应均提前,表观活化能(Ea-)也呈降低的趋势。
二、微米硅粉的基本物性(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、微米硅粉的基本物性(论文提纲范文)
(1)硅碳-石墨负极材料的干法制备及改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池原理 |
1.3 锂离子电池电极材料 |
1.3.1 正极材料 |
1.3.2 负极材料 |
1.4 硅基负极材料 |
1.4.1 硅基负极材料储锂机理 |
1.4.2 硅基负极材料的缺点 |
1.4.3 硅基负极材料的改性方法 |
1.5 硅基负极材料产业化情况 |
1.6 课题的提出及研究内容 |
第2章 实验部分 |
2.1 实验材料及仪器 |
2.2 材料物相表征 |
2.2.1 扫描电子显微镜分析 |
2.2.2 热重分析 |
2.2.3 X射线衍射仪分析 |
2.2.4 粒度分析 |
2.2.5 比表面积分析 |
2.2.6 振实密度分析 |
2.3 材料电化学性能测试 |
2.3.1 材料半电池电化学性能测试 |
2.3.2 材料全电池电化学性能测试 |
2.4 材料制备 |
2.4.1 硅/石墨/碳复合材料的制备 |
2.4.2 二次碳包覆硅/石墨/碳复合材料的制备 |
2.4.3 硅碳-石墨产品的制备 |
第3章 硅碳复合负极材料的制备及性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 样品的制备 |
3.3 纳米硅、人造石墨与煤焦油沥青的性能测试 |
3.3.1 纳米硅与人造石墨的物性测试 |
3.3.2 纳米硅与人造石墨的电化学性能测试 |
3.3.3 煤焦油沥青性能测试 |
3.4 模压工艺对硅碳复合材料性能的影响。 |
3.4.1 硅/石墨/碳复合材料物理性能表征 |
3.4.2 硅/石墨/碳复合材料电化学性能表征 |
3.4.3 硅碳-石墨产品物理性能表征 |
3.4.4 硅碳-石墨产品电化学性能表征 |
3.5 热解温度对硅碳复合材料性能的影响 |
3.5.1 硅/石墨/碳复合材料物理性能表征 |
3.5.2 硅/石墨/碳复合材料电化学性能表征 |
3.5.3 硅碳-石墨产品物理性能表征 |
3.5.4 硅碳-石墨产品电化学性能表征 |
3.6 粒径对硅碳复合材料性能的影响 |
3.6.1 硅/石墨/碳复合材料物理性能表征 |
3.6.2 硅/石墨/碳复合材料电化学性能表征 |
3.6.3 硅碳-石墨产品物理性能表征 |
3.6.4 硅碳-石墨产品电化学性能表征 |
3.7 本章小结 |
第4章 硅碳复合负极材料的二次碳包覆改性研究 |
4.1 引言 |
4.2 二次碳包覆硅碳复合负极材料的制备 |
4.3 二次碳包覆量对硅碳复合负极材料性能的影响 |
4.3.1 二次碳包覆硅/石墨/碳复合材料物理性能表征 |
4.3.2 二次碳包覆硅/石墨/碳复合材料电化学性能表征 |
4.3.3 二次碳包覆硅碳-石墨产品物理性能表征 |
4.3.4二次碳包覆硅碳-石墨产品电化学性能表征 |
4.4 本章小结 |
第5章 结论 |
致谢 |
参考文献 |
(2)基于微纳粉芯丝材的Fe基记忆合金增材制造及抑损特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 形状记忆合金的国内外相关研究 |
1.2.2 增材制造的国内外相关研究 |
1.2.3 形状记忆合金增材制造研究 |
1.3 本文研究目的、内容及技术方案 |
1.3.1 研究目的 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 研究技术方案 |
1.4 本章小结 |
第二章 Fe基记忆合金电弧增材制造过程温度场的数值分析 |
2.1 引言 |
2.2 有限元模型建立 |
2.2.1 物理模型与网路划分 |
2.2.2 材料热物性参数 |
2.2.3 热源模型 |
2.2.4 边界条件 |
2.2.5 仿真结果验证 |
2.3 工艺参数对温度场的影响 |
2.3.1 电流对温度场的影响 |
2.3.2 扫描速度对温度场的影响 |
2.3.3 层间冷却时间对温度场的影响 |
2.4 单道三层熔融沉积层计算结果分析 |
2.4.1 温度场分布 |
2.4.2 熔融沉积层取样节点温度-时间历程分析 |
2.5 本章小结 |
第三章 Fe基记忆合金粉芯丝材制备及其增材制造工艺优化 |
3.1 引言 |
3.2 Fe基记忆合金粉芯丝材的制备 |
3.2.1 粉芯丝材制备工艺、材料及设备 |
3.2.2 粉芯丝材原料配比的计算 |
3.2.3 填充粉体制备工艺及过程 |
3.2.4 拉丝前钢管软化处理 |
3.2.5 粉芯丝材拉丝工艺 |
3.3 Fe基记忆合金增材制造工艺参数优化 |
3.4 优化试验结果验证 |
3.5 本章小结 |
第四章 微纳粉芯丝材增材制造Fe基记忆合金微观组织研究 |
4.1 引言 |
4.1.1 实验预处理 |
4.1.2 实验微观结构表征手段 |
4.2 常规粉芯丝材增材制造合金的组织 |
4.2.1 铸态组织形貌分析 |
4.2.2 均匀化组织形貌分析 |
4.2.3 固溶组织形貌分析 |
4.3 不同比例纳米硅掺杂的增材制造合金铸态组织 |
4.4 不同比例纳米硅掺杂的增材制造合金均匀化组织 |
4.5 不同比例纳米硅掺杂增材制造合金固溶组织 |
4.6 纳米掺杂对增材制造Fe基记忆合金组织的影响机制 |
4.6.1 纳米硅掺杂对合金母相强度的影响 |
4.6.2 纳米硅掺杂对合金元素烧损的影响 |
4.6.3 纳米硅掺杂对合金成形性的影响 |
4.7 本章小结 |
第五章 微纳粉芯丝材增材制造Fe基记忆合金记忆性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 常规粉芯丝材增材制造合金的形状记忆性能 |
5.2.1 形状记忆测量 |
5.2.2 形变及形变回复下的组织形貌分析 |
5.3 10 %纳米硅掺杂增材制造合金的形状记忆性能 |
5.3.1 形状记忆测量 |
5.3.2 形变及形变回复下的组织形貌分析 |
5.4 30 %纳米硅掺杂增材制造合金的形状记忆性能 |
5.4.1 形状记忆测量 |
5.4.2 形变及形变回复下的组织形貌分析 |
5.5 50 %纳米硅掺杂增材制造合金的形状记忆性能 |
5.5.1 形状记忆测量 |
5.5.2 形变及形变回复下组织形貌分析 |
5.6 纳米硅掺杂对增材制造形状记忆性能损失的抑制机理 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 本文的的特色与创新之处 |
6.3 后继研究工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间科研成果 |
(3)锂离子电池电极材料及电解质界面研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 高比能锂离子电池的研究背景 |
1.1.1 锂离子电池与清洁能源 |
1.1.2 提高锂离子电池比能量和安全性的途径 |
1.2 Si基复合负极材料的研究进展 |
1.2.1 Si负极体积膨胀与失效机制 |
1.2.2 纳米硅和微米硅 |
1.2.3 硅负极表面包覆与界面钝化 |
1.3 无机固体电解质与电极材料兼容性 |
1.3.1 固体中离子扩散的动力学过程 |
1.3.2 无机Li~+固体电解质的进展 |
1.4 本论文主要研究内容和章节安排 |
参考文献 |
第二章 纳米硅复合负极的制备 |
2.1 硅片掺杂与电化学阳极氧化 |
2.1.1 N型掺杂硅片的电化学腐蚀 |
2.1.2 P型掺杂硅片的电化学腐蚀 |
2.2 表面碳包覆对多孔硅电化学性能的影响 |
2.2.1 多孔硅/碳复合负极的制备 |
2.2.2 多孔硅/碳复合负极的表征 |
2.2.3 多孔硅/碳复合负极的性能测试 |
2.3 介孔硅的界面氮化 |
2.3.1 氮化层的可控合成 |
2.3.2 界面氮化层的表征 |
2.3.3 界面氮化层对电化学性能的影响 |
2.4 高倍率NiSix/a-Ge/a-Si复合纳米线负极 |
2.4.1 NiSix/a-Ge/aSi复合纳米线的制备 |
2.4.2 界面a-Ge的表征 |
2.4.3 界面a-Ge对电化学性能的影响 |
2.5 本章小结 |
参考文献 |
第三章 工业多晶硅粉的腐蚀与锂化动力学研究 |
3.1 微米级多晶硅粉的锂化动力学过程 |
3.1.1 微米级多晶硅粉/碳复合负极的制备 |
3.1.2 微米级多晶硅粉/碳复合负极的表征 |
3.1.3 微米级多晶硅粉/碳复合负极的锂化过程 |
3.2 高负载微米多孔负极的制备 |
3.2.1 P型多晶硅粉的腐蚀 |
3.2.2 微米级多孔硅粉/碳复合负极的制备 |
3.2.3 微米级多孔硅粉/碳复合负极的表征 |
3.2.4 微米级多孔硅粉/碳复合负极的锂化过程 |
3.3 微米级多孔硅的界面AlON钝化 |
3.3.1 界面AlON的合成 |
3.3.2 界面AlON层的表征 |
3.3.3 界面AlON层的对电化学性能的影响 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 全包覆石墨烯对Si负极电化学性能的提升 |
4.1 缺陷对纳米硅/石墨烯复合负极嵌脱锂影响 |
4.1.1 纳米氧化铝催化石墨烯的可控生长 |
4.1.2 mG的生长模型 |
4.1.3 mG中缺陷对硅嵌脱锂影响 |
4.2 空心微米多孔硅石墨烯复合负极 |
4.2.1 空心PS-Al_2O_3/mG的制备 |
4.2.2 空心PS-Al_2O_3/mG的表征 |
4.2.3 空心PS-Al_2O_3/mG与电解液界面 |
4.3 本章小结 |
参考文献 |
第五章 LABTP/LCO固态厚电极的制备 |
5.1 实验方法 |
5.2 NASICON固体电解质的低温烧结 |
5.3 LABTP/LCO的界面相研究 |
5.3.1 理论计算 |
5.3.2 界面相的结构和形貌 |
5.3.3 LATP/LCO正极的动力学性质 |
5.4 LABTP/LCO正极的电化学性能 |
5.4.1 LABTP/LCO半固态电池的性能测试 |
5.4.2 LABTP/LCO-LABTP的共烧结 |
5.4.3 全固态电池的组装及性能测试 |
5.5 本章小结 |
参考文献 |
第六章 高比能固态电池的设计和制备 |
6.1 NMC622/Li_3BO_3界面研究 |
6.1.1 NMC622/Li_3BO_3的液相烧结 |
6.1.2 烧结界面对NMC622/Li_3BO_3电学性能的影响 |
6.1.3 NMC622/Li_3BO_3的高电压循环性能 |
6.2 高比能固态电池的制备与性能测试 |
6.2.1 固态电池的组装与性能测试 |
6.2.2 能量密度计算 |
6.3 本章小结 |
参考文献 |
第七章 总结与展望 |
博士期间论文发表及获奖情况 |
致谢 |
(4)二次电池高容量负极界面调控与电化学研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 金属锂(钠)负极的研究进展 |
1.2.1 金属锂负极 |
1.2.2 金属钠负极 |
1.3 硅负极的研究进展 |
1.3.1 用于硅负极的粘结剂 |
1.3.2 用于硅负极的电解质 |
1.4 选题背景和研究思路 |
1.4.1 选题背景 |
1.4.2 研究思路 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验试剂与仪器 |
2.2 电池制作 |
2.3 材料性能测试 |
2.3.1 物理性能表征 |
2.3.2 电化学性能测试 |
第三章 锂金属二次电池碳酸酯类电解液研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 材料合成与制备 |
3.2.2 电化学测试 |
3.2.3 材料表征 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 电解液的理化性质及与金属锂的相容性研究 |
3.3.2 全电池研究 |
3.3.3 电解液作用机理探究 |
3.4 本章小结 |
第四章 金属锂(钠)负极SEI膜多级结构的调制与稳定性研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 金属负极的制备 |
4.2.2 正极的制备 |
4.2.3 电解液的制备 |
4.2.4 结构组成的表征 |
4.2.5 电化学性能测试 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 金属锂电极的保护 |
4.3.2 金属钠电极的保护 |
4.3.3 作用机理探究 |
4.3.4 全电池性能研究 |
4.4 本章小结 |
第五章 用于硅基负极的具有自愈合功能的多级网络结构粘结剂研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 新型粘结剂的制备与表征 |
5.2.2 硅材料的制备与表征 |
5.2.3 电极制备、表征与电池组装 |
5.2.4 电化学测试与表征 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 粘结剂的理化性质研究 |
5.3.2 硅电极的电化学性能研究 |
5.3.3 氧化亚硅电极的电化学性能研究 |
5.3.4 作用机理探究 |
5.4 本章小结 |
第六章 用于硅基负极的电解液添加剂研究 |
6.1 引言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 材料合成与电极制备 |
6.2.2 电池组装 |
6.2.3 测试与表征 |
6.3 结果与讨论 |
6.3.1 电解液的理化性质研究 |
6.3.2 电解液对硅基和硫基电极电化学性能的影响 |
6.3.3 电解液对硅-硫全电池电化学性能的影响 |
6.3.4 电解液作用机理探究 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文 |
(5)锂离子电池硅基复合材料的制备及其储锂性能研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池介绍 |
1.2.1 锂离子电池发展概况 |
1.2.2 锂离子电池的结构和工作原理 |
1.3 锂离子电池负极材料研究进展 |
1.3.1 石墨负极材料 |
1.3.2 硅基负极材料 |
1.4 硅基负极材料 |
1.4.1 硅基负极材料的优势以及存在的问题 |
1.4.2 硅负极的解决方案 |
1.5 选题背景及研究内容 |
1.5.1 本论文的选题背景 |
1.5.2 本论文的选题意义与研究内容、 |
第二章 刻蚀再沉积法制备多孔核壳结构Si@SiO_2材料及其储锂性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验 |
2.2.1 主要化学试剂与实验仪器 |
2.2.2 样品的制备方法 |
2.2.3 样品的表征 |
2.2.4 样品的电化学性能测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 商业化纳米硅的表征 |
2.3.2 不同反应条件对多孔核壳Si@SiO_2材料形貌的影响 |
2.3.3 核壳结构Si@SiO_2形成的反应机理 |
2.3.4 核壳结构Si@SiO_2生长过程的表征 |
2.3.5 多孔核壳结构Si@SiO_2材料的电化学性能分析 |
2.3.6 氟离子刻蚀实验的拓展研究 |
2.4 本章小结 |
第三章 一种一体化硅炭复合材料的制备及其储锂性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 主要化学试剂与实验仪器 |
3.2.2 样品的制备方法 |
3.2.3 样品的表征 |
3.2.4 样品的电化学性能测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 不同反应条件对产物形貌结构影响 |
3.3.2 硅/碳材料制备的反应机理 |
3.3.3 硅/碳材料电化学性能分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 结论与展望 |
4.1 结论 |
4.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
(6)锂离子电池硅基负极新型制备方法研究(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 课题研究的背景和意义 |
1.2 锂离子电池负极材料研究现状 |
1.2.1 锂离子电池结构及原理 |
1.2.2 负极材料 |
1.3 硅基负极材料 |
1.3.1 硅基材料纳米化 |
1.3.2 硅基材料的复合化 |
1.4 商业化锂离子电池生产流程 |
1.5 冷喷涂技术简介 |
1.5.1 冷喷涂技术装置与工作原理 |
1.5.2 冷喷涂结合机理和影响因素 |
1.6 课题主要研究内容 |
2 纯硅粉末涂层的冷喷涂制备 |
2.1 陶瓷粉喷涂现状 |
2.2 纯硅涂层的制备及表征手段 |
2.2.1 喷涂粉末 |
2.2.2 基体材料 |
2.2.3 冷喷涂设备 |
2.2.4 送粉流率 |
2.2.5 粉末混合装置 |
2.2.6 涂层制备过程 |
2.2.7 涂层物理表征 |
2.2.8 涂层电化学表征 |
2.3 粉末形貌以及过程参数 |
2.4 冲蚀现象 |
2.5 多粒子涂层微观形貌 |
2.5.1 气体参数以及喷涂道次的影响 |
2.5.2 粉末粒径的影响 |
2.5.3 送粉流率的影响 |
2.6 单颗硅粒子沉积行为 |
2.7 硅薄膜涂层 |
2.7.1 取样过程 |
2.7.2 涂层形貌 |
2.8 纯硅涂层电化学性能 |
2.9 小结 |
3 Si/Cu界面性质的第一性原理计算 |
3.1 密度泛函理论简介 |
3.2 锂离子电池硅负极第一性原理研究 |
3.3 计算方法与模型构建原理 |
3.3.1 计算方法 |
3.3.2 界面模型构建原理 |
3.4 结果与分析 |
3.4.1 铜和硅的体性质与表面性质 |
3.4.2 界面原子弛豫 |
3.4.3 界面粘附功与断裂韧性 |
3.4.4 界面电子结构 |
3.5 小结 |
4 硅粒子冷喷涂动力学过程和撞击参数的数值模拟 |
4.1 气固两相数值模拟理论基础 |
4.1.1 控制方程 |
4.1.2 湍流模型 |
4.1.3 离散相模型 |
4.2 数值计算模型和方法 |
4.2.1 计算模型 |
4.2.2 计算方法 |
4.3 形状因子对粒子撞击速度和温度的影响 |
4.3.1 形状因子对撞击速度的影响 |
4.3.2 形状因子对撞击温度的影响 |
4.4 送粉气流与主气流参数对粒子撞击速度的影响 |
4.5 小结 |
5 硅铜复合涂层的冷喷涂制备 |
5.1 冷喷涂喷管的结构优化设计 |
5.1.1 喷管一维等熵流动计算 |
5.1.2 渐扩段长度以及扩张比的影响 |
5.2 复合粉末制备 |
5.3 冷喷涂气体参数 |
5.4 不同粉末比例的复合涂层 |
5.5 复合粉末沉积特性 |
5.6 功能梯度涂层 |
5.7 复合涂层电化学性能 |
5.8 小结 |
6 结论与展望 |
6.1 论文的主要结论 |
6.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
A. 作者在攻读学位期间发表的论文 |
B. MATLAB求解一维等熵流动代码 |
(7)锂离子电池硅负极活性材料的改性研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 锂离子电池简介 |
1.2.1 锂离子电池的特性 |
1.2.2 锂离子电池的组成 |
1.3 硅基负极材料的研究 |
1.3.1 硅基材料的研究意义及存在的问题 |
1.3.2 硅负极材料的改性方法 |
1.4 选题依据及主要工作 |
第二章 实验部分 |
2.1 实验的原料及仪器设备 |
2.2 负极活性物质的制备 |
2.2.1 硅/碳复合材料的制备 |
2.2.2 硅/石墨烯复合材料的制备 |
2.3 材料的物性表征 |
2.3.1 成分表征 |
2.3.2 结构表征 |
2.3.3 形貌表征 |
2.3.4 电导率测试 |
2.4 材料的电化学性能表征 |
2.4.1 电极片制作 |
2.4.2 电池的组装 |
2.4.3 充放电测试 |
2.4.4 电化学阻抗谱测试(EIS) |
2.4.5 循环伏安测试(CV) |
2.5 本章小结 |
第三章 粒径及掺杂改性对硅负极性能的影响 |
3.1 普通硅的性能研究 |
3.2 粒径对硅负极性能的影响 |
3.2.1 亚微米硅的性能研究 |
3.2.2 纳米硅的性能研究 |
3.3 掺杂改性对硅负极性能的影响 |
3.3.1 n型硅的性能研究 |
3.3.2 p型硅的性能研究 |
3.4 本章小结 |
第四章 n型硅/碳复合材料的制备及性能研究 |
4.1 烧结工艺的优化 |
4.1.1 烧结温度的确定 |
4.1.2 烧结时间的确定 |
4.2 碳源的选择 |
4.2.1 对物理性能的影响 |
4.2.2 对电化学性能的影响 |
4.3 硅碳比例的影响 |
4.3.1 对物理性能的影响 |
4.3.2 对电化学性能的影响 |
4.4 添加石墨的影响 |
4.4.1 对物理性能的影响 |
4.4.2 对电化学性能的影响 |
4.5 二次碳包覆的研究 |
4.5.1 物理性能的研究 |
4.5.2 电化学性能的研究 |
4.6 液相法合成研究 |
4.6.1 物理性能的研究 |
4.6.2 电化学性能的研究 |
4.7 电极制作工艺的研究 |
4.7.1 集流体的影响 |
4.7.2 极片干燥温度的影响 |
4.7.3 极片热处理的影响 |
4.8 n-Si/C复合材料的优异电化学性能 |
4.9 本章小结 |
第五章 硅/石墨烯复合材料的制备工艺及性能研究 |
5.1 石墨烯作为锂电负极的研究 |
5.1.1 真空热还原温度的确定 |
5.1.2 石墨烯的物理性能研究 |
5.1.3 石墨烯的电化学性能研究 |
5.2 亚微米硅/石墨烯复合材料的性能研究 |
5.2.1 合成方法比较 |
5.2.2 石墨烯添加量的影响 |
5.2.3 掺入CNT的影响 |
5.2.4 极片热处理的影响 |
5.3 纳米硅/石墨烯复合材料的性能研究 |
5.3.1 纳米硅/石墨烯复合材料的性能研究 |
5.3.2 纳米硅/石墨烯/CNT复合材料的性能研究 |
5.4 p型硅/石墨烯复合材料的性能研究 |
5.4.1 p型硅/石墨烯复合材料的物理性能研究 |
5.4.2 p型硅/石墨烯复合材料的电化学性能研究 |
5.5 硅/石墨烯复合材料的内在动力学研究 |
5.5.1 SSCV分析 |
5.5.2 交流阻抗谱分析 |
5.5.3 锂离子扩散系数的计算 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻硕期间取得的研究成果 |
(8)有机硅硅粉加工设备管理的重要性和有效途径(论文提纲范文)
一、设备管理的重要性 |
二、研磨工艺及研磨设备的选择 |
1、研磨工艺和研磨设备选择依据 |
2、立式磨 |
(1) 由立式磨组成的研磨工艺 |
(2) 主要设备组成 |
3、雷蒙磨 |
(1) 由雷蒙磨组成的研磨工艺 |
(2) 主要设备组成 |
4、钢球磨 |
(1) 由钢球磨组成的研磨工艺流程 |
(2) 主要设备组成 |
5、冲旋粉碎机 |
(1) 由冲旋粉碎机组成的研磨工艺流程 |
(2) 主要设备组成 |
三、研磨工艺及研磨设备评述 |
四、设备管理的有效途径 |
(9)锂离子电池用硅基材料电化学性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 硅基材料的电化学反应 |
1.2.1 高温下硅基材料和金属锂的电化学反应 |
1.2.2 室温下硅基材料和金属锂的电化学反应 |
1.3 硅基负极材料 |
1.4 硅基材料体系的改性 |
1.4.1 硅基负极材料的纳米化 |
1.4.2 硅基负极材料的复合化 |
1.4.3 硅基负极材料的薄膜化 |
1.4.4 硅基负极材料的合金化 |
1.5 硅基材料的电极制备方法 |
1.5.1 粘结剂和导电剂的选择 |
1.5.2 电极结构的优化 |
1.6 硅基材料的电池应用 |
1.6.1 控制电压窗口 |
1.6.2 电解液的选择 |
1.7 课题研究的目的和主要内容 |
1.7.1 课题研究的目的 |
1.7.2 课题研究的主要内容 |
2 实验方法 |
2.1 实验原料及主要设备 |
2.1.1 实验原料 |
2.1.2 主要实验设备 |
2.2 材料的性能表征 |
2.2.1 材料的物性表征 |
2.2.2 材料的电化学性能表征 |
3 微米硅粉体电化学性能的表征及失效机理研究 |
3.1 引言 |
3.2 微米硅粉体的物性表征 |
3.2.1 微米硅粉体的物相分析 |
3.2.2 微米硅粉体的表貌分析 |
3.3 微米硅粉体电极的电化学性能 |
3.3.1 微米硅粉体电极的循环性能 |
3.3.2 微水硅粉体电极的嵌脱锂行为 |
3.4 循环过程中微米硅颗粒的组成和结构变化 |
3.5 循环过程中微米硅电极的结构变化 |
3.6 微米硅粉体电极的失效机理 |
3.7 微米硅粉体电化学性能的讨论 |
3.8 本章小结 |
4 纳米硅粉体电化学性能的表征及应用研究 |
4.1 引言 |
4.2 纳米硅粉体的物性表征 |
4.2.1 纳米硅粉体的物相分析 |
4.2.2 纳米硅粉体的形貌分析 |
4.3 纳米硅粉体电极的电化学性能 |
4.3.1 纳水硅粉体电极的循环性能 |
4.3.2 纳米硅粉体电极的嵌脱锂行为 |
4.4 循环前后纳米硅粉体电极的结构和组成变化 |
4.4.1 循环前后纳米硅粉体电极的结构 |
4.4.2 循环后纳米硅粉体电极的物相分析 |
4.5 CMC/SBR复合粘结剂在纳米硅粉体电极中的应用 |
4.5.1 CMC/SBR复合粘结剂制备纳米硅粉体电极 |
4.5.2 不同粘结剂制备纳米硅粉体电极的电化学性能 |
4.5.3 循环后CMC/SBR复合粘结剂制备电极的物相分析 |
4.5.4 循环前后CMC/SBR复合粘结剂制备电极的结构变化 |
4.6 纳米硅粉体的容量衰减机理 |
4.7 本章小结 |
5 硅碳复合材料的制备及电化学性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 硅碳复合材料的制备 |
5.2.1 硅碳复合材料的结构设计与制备流程 |
5.2.2 超细磨-喷雾干燥工艺对原材料的影响 |
5.2.3 碳基体对硅碳复合材料的影响 |
5.2.4 热解温度对制备碳包覆Si/-石墨/C复合材料的影响 |
5.2.5 硅碳比对制备碳包覆Si/石墨/C复合材料的影响 |
5.2.6 Si/石墨/C复合材料的结构 |
5.3 Si/石墨/C复合材料的电化学性能研究 |
5.3.1 Si/石墨/C复合材料的循环性能 |
5.3.2 Si/石墨/C复合材料的嵌脱锂行为 |
5.3.3 Si/石墨/C复合材料循环前后的结构变化 |
5.3.4 硅碳复合材料电化学性能的讨论 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
在学研究成果 |
致谢 |
(10)微纳米含能材料分形特征对其感度的影响研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 含能材料感度概论 |
1.1.1 含能材料的定义与分类 |
1.1.2 含能材料感度的定义与分类 |
1.1.3 含能材料感度理论及其影响因素 |
1.2 颗粒群的分形特征 |
1.2.1 粒度分形特征 |
1.2.2 表面分形特征 |
1.2.3 具有分形特征含能颗粒群的热传导性能 |
1.3 微纳米含能材料的感度研究进展 |
1.3.1 微米含能材料的感度研究 |
1.3.2 纳米及纳米复合含能材料的感度研究 |
1.4 本课题的研究背景、思路及主要内容 |
1.4.1 研究背景 |
1.4.2 研究思路 |
1.4.3 主要研究内容 |
2 具有分形特征含能颗粒群的热传导模型 |
2.1 颗粒群的粒度分布 |
2.1.1 频度分布 |
2.1.2 累积分布 |
2.1.3 分布函数 |
2.1.4 双峰和多峰分布 |
2.2 含能颗粒群分形理论 |
2.2.1 分形概论 |
2.2.2 粒度分布的分形特征 |
2.2.3 表面形貌的分形特征 |
2.3 具有分形特征含能颗粒群的热传导模型 |
2.3.1 简单分形含能颗粒群的热传导模型(只含D) |
2.3.2 混合分形含能颗粒群的热传导模型(含D和D_s) |
2.4 分形维数D和D_s的计算 |
2.4.1 粒度分形维数D的相关计算 |
2.4.2 表面分形维数D_s的相关计算 |
3 微米炸药的分形特征对其机械感度和热分解特性的影响研究 |
3.1 试剂与仪器 |
3.2 不同粒度/粒度分布和形貌HMX的制备及其性能研究 |
3.2.1 制备与表征 |
3.2.2 分形分析 |
3.2.3 机械感度测试 |
3.2.4 热分解特性分析 |
3.3 不同粒度/粒度分布和形貌RDX的制备及其性能研究 |
3.3.1 制备与表征 |
3.3.2 分形分析 |
3.3.3 机械感度测试 |
3.3.4 热分解特性分析 |
3.4 不同粒度/粒度分布和形貌HNIW的制备及其性能研究 |
3.4.1 制备与表征 |
3.4.2 分形分析 |
3.4.3 机械感度测试 |
3.4.4 热分解特性分析 |
3.5 不同粒度和形貌AP、AP/Al及AP/Al/HTPB的制备及其性能研究 |
3.5.1 制备与表征 |
3.5.2 分形分析 |
3.5.3 AP的机械感度和热分解特性分析 |
3.5.4 AP/Al的机械感度测试 |
3.5.5 AP/Al/HTPB的机械感度测试 |
3.6 本章小结 |
4 纳米及纳米复合炸药的制备研究 |
4.1 试剂与仪器 |
4.2 制备过程及其反应机制分析 |
4.3 纳米HNIW/Fe_2O_3复合炸药及纳米HNIW的制备 |
4.3.1 纳米HNIW/Fe_2O_3复合炸药的制备 |
4.3.2 纳米HNIW的制备 |
4.4 纳米RDX/Fe_2O_3复合炸药及纳米RDX的制备 |
4.4.1 纳米RDX/Fe_2O_3复合炸药的制备 |
4.4.2 纳米RDX的制备 |
4.5 纳米HMX/Fe_2O_3复合炸药及纳米HMX的制备 |
4.5.1 纳米HMX/Fe_2O_3复合炸药的制备 |
4.5.2 纳米HMX的制备 |
4.6 纳米AP/Fe_2O_3复合氧化剂的制备 |
4.7 纳米ADN/Fe_2O_3复合氧化剂的制备 |
4.8 本章小结 |
5 纳米及纳米复合炸药的机械感度和热分解特性研究 |
5.1 试剂与仪器 |
5.2 纳米HNIW/Fe_2O_3复合炸药及纳米HNIW的性能分析 |
5.2.1 纳米HNIW/Fe_2O_3复合炸药性能分析 |
5.2.2 纳米HNIW性能分析 |
5.3 纳米RDX/Fe_2O_3复合炸药及纳米RDX粉末的性能分析 |
5.3.1 纳米RDX/Fe_2O_3复合炸药性能分析 |
5.3.2 纳米RDX性能分析 |
5.4 纳米HMX/Fe_2O_3复合炸药及纳米HMX粉末的性能分析 |
5.4.1 纳米HMX/Fe_2O_3复合炸药性能分析 |
5.4.2 纳米HMX性能分析 |
5.5 纳米AP/Fe_2O_3复合氧化剂的性能分析 |
5.6 纳米ADN/Fe_2O_3复合氧化剂的性能分析 |
5.7 本章小结 |
6 微纳米硅/铅丹延期药机械感度和热反应性能研究 |
6.1 试剂与仪器 |
6.2 微米硅/铅丹延期药的机械感度和热反应特性 |
6.2.1 微米硅/铅丹延期药的制备 |
6.2.2 微米硅粉的分形分析 |
6.2.3 微米硅/铅丹延期药的热反应特性 |
6.2.4 微米硅/铅丹延期药的机械感度 |
6.3 纳米硅/铅丹延期药的机械感度和热反应特性 |
6.3.1 纳米硅/铅丹延期药的热反应特性 |
6.3.2 纳米硅/铅丹延期药的机械感度 |
6.4 本章小结 |
7 全文结论及主要创新点 |
7.1 全文结论 |
7.2 主要创新点 |
致谢 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表学术论文和编写着作情况 |
四、微米硅粉的基本物性(论文参考文献)
- [1]硅碳-石墨负极材料的干法制备及改性研究[D]. 罗汉卿. 南昌大学, 2021
- [2]基于微纳粉芯丝材的Fe基记忆合金增材制造及抑损特性研究[D]. 丁扬. 江苏大学, 2020(02)
- [3]锂离子电池电极材料及电解质界面研究[D]. 韩响. 厦门大学, 2019(02)
- [4]二次电池高容量负极界面调控与电化学研究[D]. 许志新. 上海交通大学, 2019(06)
- [5]锂离子电池硅基复合材料的制备及其储锂性能研究[D]. 赵俊豪. 合肥工业大学, 2018(01)
- [6]锂离子电池硅基负极新型制备方法研究[D]. 宋俊. 重庆大学, 2017(12)
- [7]锂离子电池硅负极活性材料的改性研究[D]. 杜霞. 电子科技大学, 2014(03)
- [8]有机硅硅粉加工设备管理的重要性和有效途径[J]. 杨进生. 化工管理, 2013(14)
- [9]锂离子电池用硅基材料电化学性能的研究[D]. 李涛. 北京有色金属研究总院, 2013(10)
- [10]微纳米含能材料分形特征对其感度的影响研究[D]. 宋小兰. 南京理工大学, 2008(01)