锂离子电池用纳米硅及硅碳负极材料PDF电子书下载

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1 绪论 1

1.1 电池发展简史 1

1.2 锂离子电池的发展趋势 4

1.2.1 锂元素 4

1.2.2 锂离子电池的发展历史 6

1.2.3 锂离子电池发展趋势 10

1.3 锂离子电池应用及市场 18

1.3.1 锂离子电池的应用 18

1.3.2 锂离子电池的市场 19

1.3.3 应用领域市场发展趋势 21

参考文献 22

2 锂离子电池组成及硅基负极材料 25

2.1 锂离子电池 25

2.1.1 锂离子电池的基本构造 25

2.1.2 锂离子电池正／负极活性物质 26

2.1.3 锂离子电池电解质 28

2.1.4 锂离子电池隔膜 29

2.1.5 锂离子电池嵌／脱锂机理及能量密度 29

2.2 纳米硅制备常用方法 32

2.3 自组装制备纳米硅－碳负极材料 34

2.4 纳米硅基负极材料在锂离子电池的应用 35

2.4.1 纳米硅负极 36

2.4.2 纳米硅－金属合金负极 37

2.4.3 纳米硅－聚合物负极 37

2.4.4 纳米硅－MXene负极 40

2.4.5 纳米硅－碳材料负极 44

2.4.6 纳米硅－硅化合物－碳材料负极 49

参考文献 55

3 纳米硅－碳负极材料制备常用方法 62

3.1 引言 62

3.2 化学合成法 63

3.2.1 蛋黄结构硅－碳负极材料制备 63

3.2.2 微米尺寸石榴状硅－碳负极材料制备 65

3.2.3 石墨烯包覆的硅－碳负极材料制备 71

3.2.4 空心多孔双球硅－碳负极材料制备 77

3.2.5 三明治结构硅－碳负极材料制备 80

3.2.6 钉扎结构硅－碳负极材料制备 85

3.3 气相沉积法 89

3.3.1 碳化硅保护的硅－碳负极材料制备 89

3.3.2 硅包覆碳结构的硅－碳负极材料制备 92

3.3.3 石墨－硅－碳负极材料制备 93

3.4 自组装法 96

3.4.1 三明治结构硅－碳－石墨烯负极材料制备 96

3.4.2 核壳结构硅－碳负极材料制备 99

3.4.3 卷轴结构硅－碳负极材料制备 105

3.4.4 硅－碳－石墨微米球负极材料制备 108

3.4.5 三明治结构硅－石墨－碳负极材料制备 110

3.4.6 氧化硅－碳－石墨负极材料制备 114

参考文献 116

4 电子束蒸发制备物理气相沉积硅 119

4.1 引言 119

4.2 纳米硅的制备设备及工艺 119

4.3 氩气调控气态硅迁移的数值模拟模型 121

4.3.1 模型描述 121

4.3.2 氩气流体动力学 122

4.3.3 硅蒸发 122

4.4 气态硅迁移和凝固及氩气调控规律 124

4.4.1 物理气相沉积纳米晶硅微观结构 124

4.4.2 气态硅迁移行为分析 127

4.4.3 物理气相沉积纳米晶硅分布规律 129

4.4.4 氩气调控气态硅迁移路径 131

4.5 物理气相沉积硅收集装置 138

4.5.1 硅蒸气冷凝罩 139

4.5.2 水冷系统 141

4.5.3 悬挂结构 141

参考文献 142

5 纳米硅－氧化硅颗粒的制备方法 143

5.1 引言 143

5.2 机械研磨制备纳米硅基本原理 144

5.2.1 颗粒断裂物理学 144

5.2.2 颗粒的破碎与能耗学说 145

5.2.3 粉体干燥 146

5.3 硅纳米颗粒的粒径与微观状态 149

5.3.1 水对硅颗粒研磨的促进作用 149

5.3.2 乙醇对硅颗粒研磨的促进作用 151

5.3.3 硅纳米颗粒粒径分布 153

5.3.4 硅纳米颗粒微观结构与化学状态 156

参考文献 158

6 纳米硅－碳负极材料嵌／脱锂过程中结构稳定性 160

6.1 引言 160

6.2 负极材料制备及半电池组装 161

6.2.1 纳米硅－碳负极材料制备 161

6.2.2 空心纳米碳球的制备 162

6.2.3 半电池组装 163

6.2.4 检测与表征 163

6.3 锂离子扩散过程的数值模拟方法 163

6.3.1 锂离子浓度和电极电位分布 163

6.3.2 初始和边界条件 164

6.3.3 几何形貌和网格划分 164

6.4 纳米硅－碳负极材料的电学性能及结构稳定性 164

6.4.1 纳米硅－碳负极材料在首圈循环后的微观结构及性能 164

6.4.2 首圈嵌锂过程Li15Si4合金生长对应的电极电位 169

6.4.3 锂离子在局部位置聚集对Li15Si4合金形成的影响 172

6.5 纳米硅－碳负极材料电池容量衰减分析 176

参考文献 177

7 纳米硅－碳负极材料制备与电化学性能 179

7.1 引言 179

7.2 纳米硅－碳负极材料制备及半电池组装 180

7.2.1 纳米硅－碳负极材料制备 180

7.2.2 半电池组装 180

7.2.3 检测与表征 181

7.3 纳米硅－碳负极材料微观结构及电学性能 181

7.3.1 纳米硅－碳负极材料微观结构 181

7.3.2 纳米硅－碳负极电化学性能 186

7.4 硅烷偶联剂对纳米硅－碳负极电化学性能的影响 191

参考文献 193

8 纳米硅－碳／石墨负极材料制备与电化学性能 195

8.1 引言 195

8.2 纳米硅－碳／石墨负极材料制备及电池组装 196

8.2.1 纳米硅－碳／石墨负极材料制备 196

8.2.2 半电池组装 197

8.2.3 全电池组装 198

8.2.4 表征与测试 198

8.3 纳米硅－碳／石墨负极材料微观结构及电学性能 198

8.3.1 纳米硅－碳／石墨负极材料微观结构 198

8.3.2 纳米硅－碳／石墨负极材料的电化学性能 204

8.3.3 硅纳米颗粒尺寸对Li15Si4合金脱锂可逆性的影响 210

8.4 纳米硅－碳／石墨负极材料在实际锂离子电池中的应用 214

8.4.1 提高活性物质负载量 215

8.4.2 纳米硅－碳／石墨负极在全电池初步探索 218

参考文献 220

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