锂硅电池多孔硅粉的制备及其电化学性能文献综述

 2021-10-21 17:14:44

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文 献 综 述1引言随着社会的发展,能源问题越发严重。

煤、石油、天然气等不可再生能源被过度开发,引发能源危机,并且产生了严重的环境污染和环境破坏,于是寻求发展诸如太阳能、风能、潮汐能的清洁可再生能源迫在眉睫。

二次电池储能是常见的电化学储能方式,应用研究较为广泛,其中锂离子电池是目前迅速应用发展的一种新兴化学电池。

与其他电池相比,锂离子电池具有能量密度高、平均输出电压高、自放电较小、充电寿命长效率高、无记忆效应等优势,已经广泛应用于手机、笔记本等电子产品中。

但随着电动汽车和便携式电子产品的快速发展和广泛应用,人们对容量高、寿命长的电池的需求也日益增长。

石墨是目前主要的商业化锂离子电池负极材料,但是其理论容量偏低,仅为372mAh/g[1],因此需要开发新型高容量高稳定性的负极材料。

在室温下Si通过与Li完全锂化形成Li22Si5合金,具有较高的理论比容量,约为4200mAhg-1,是商用石墨的10倍[2];在室温下,块体Si的最高嵌锂相是Li15Si4,相应的比容量为3579 mAh/g[3]。

此外,Si具有较高的元素丰度(地壳第二丰富),有望替代石墨成为下一代动力电池负极材料。

然而硅在嵌锂过程中会发生巨大的体积膨胀(完全锂化最高可达420%)[4],导致材料发生粉化失效,电极结构破坏,固体电解质界面(SEI)膜破裂并不断产生,消耗大量的锂离子,从而使电池容量急剧下降,导电性和循环稳定性降低,因而限制了其商业化应用。

针对上述问题,本文首先采用金属辅助化学蚀刻法制备出多孔硅,金属辅助化学蚀刻法制备出的多孔硅基材料不需要光照和外加的电路,制备方法简便,但腐蚀过程中硅表面的氧化层被HF腐蚀后露出新鲜的硅表面,因为纯硅表面是疏水的,硅粉会漂浮在溶液表面,使得腐蚀不均匀。

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