静电纺丝法制备二氧化硅碳薄膜锂电池负极材料【字数：8689】
摘 要自从索尼公司成功研制出能够商品化的锂离子电池以后，锂离子电池就凭借着自身的高电压，高能量密度，高稳定性，绿色环保等优点吸引了许多关注。本实验将采用N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、正硅酸乙酯（Si(OC2H5)4）、聚丙烯腈（PAN）等作为原材料，将配置的溶液通过静电纺丝获得薄膜，再放入管式炉中进行烧结，获得硅基薄膜材料。将制得的样品先后经过先经过X射线衍（XRD）、红外光谱（IR），扫面电镜（SEM），再装配电池进行充放电测试，用来测试样品的样品的内在结构，性能，装配成电池以后的放电性能等，通过这些数据来探究烧结温度以及硅基浓度对于电池性能的影响。
目 录
1. 前言 1
1.1 引言 1
1.2 锂离子电池 1
1.2.1 锂离子电池的发展历程 1
1.2.2 锂离子电池的优缺点 2
1.2.3 锂离子电池的工作原理 2
1.3 锂离子电池的负极材料 4
1.4 静电纺丝 4
1.4.1 静电纺丝技术的发展历程 4
1.4.2 静电纺丝的实验装置和电纺过程 5
1.4.3 静电纺丝的核心理论 6
1.4.4 静电纺丝的影响因素 6
1.5 本课题研究的内容与目的 6
2. 实验部分 8
2.1 实验药品及仪器 8
2.1.1 实验药品 8
2.1.2 实验仪器 8
2.2 C/SiO2纤维薄膜的制备 8
2.2.1 静电纺丝溶液的制备 8
2.2.2 C/SiO2纤维薄膜的制备 9
2.2.3 以C/SiO2纤维薄膜材料装电池 10
3. 结果与讨论 11
3.1 红外光谱测试 11
3.2 XRD测试 12
3.3 电性能测试 15
4. 结论 20
参考文献 21
致谢 22
静电纺丝法制备C/SiO2纤维薄膜锂电池负极材料
1 前言
引言
这是最坏的时代，也是最好的时代。这句话似乎放在哪一个时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
代都有那么几分道理。如今我们所处的时代，至少对于我们中国人民来说，战争，似乎十分遥远。精神物质生活丰富多彩，科技日新月异，每十年我们都会适应新的不可或缺的习惯，从互联网，智能机到网购，无现金社会。而在将来这样生活习惯的更新速度无疑会越来越快，我们永远无法预测科技会把我们带向何方。但如果说还有哪些不足，那就不的不提下环保方面的问题了，当温饱问题经济问题基本得到解决，中国人民也不得不开始解决一些自己在发展过程中造成的一些错误了，空气污染，沙漠化，雾霾等一系列严肃的环境问题，这些我们一手造成得问题是无法回避的，因此绿色环保的话题也开始出现在我们生活的方方面面，象锂离子电池这样高效能的同时还绿色环保的项目也逐渐取代常见但存在较大污染问题的镍氢、镍镉电池，这种取代发生时很多时候我们都无法清晰的认识到，但无疑这是我们社会进步的一个佐证。
当然锂离子电池能完成对传统电池的超越不仅仅是因为其无污染这一个优点。更高的工作电压，更高长的使用寿命，这些在工作上的商业价值才是真正吸引企业主动更新换代的唯一真理，也吸引着更多的科研工作者投入更多精力来实现锂离子电池的方面的科研探索和生产技术突破。无疑，锂离子电池科技上的持续发展是引导人们迈向更美好生活的一条康庄大道。
1.2 锂离子电池
1.2.1锂离子电池的发展历程
世界上第一个锂离子电池说是在20世纪70年代由艾克森的M.S.Whittingham以硫化钛作为正极，金属锂作为负极制备而成的。但由于金属锂作为负极的话，会导致在积淀的过程中形成树枝状的晶体，极易导致电池内部短路，最终导致严重的安全事故。因此对于锂电池抱有极大期待的科学家们开始找寻解决这一问题的方法。到1980年，这一问题获得了突破性的进展，Armand率先提出了RCB概念，他提出负极不再使用金属锂，而是采用锂的嵌合物，很快石墨便第一个被当做负极嵌入物引入了实验。最终在1990年，大名鼎鼎的索尼公司成功研制出了锂离子电池，并很快在1992年推出了商业化的可充电氧化锂钴离子电池，从此锂离子电池开始广泛地进入人们的生活，从手表，笔记本到车辆，航空航天等领域，到了如今，许多新兴高科技领域的发展都依赖于锂离子电池的研究进展，而相对的，正是凭借着这些高科技领域在近年来的蓬勃发展，锂离子电池的市场以惊人的平均五年翻一番的速度飞速发展，并吸引着更多企业试图加入其中分一杯羹，吸引更多投资人和国家投入更多资源到这一项目的探索中。可以说锂离子电池技术的先进程度不仅仅是很多公司竞争力的表现，更是国家综合实力的一种体现。
1.2.2 锂离子电池的优缺点：
优点：1、高工作电压。用石墨或者石油焦等碳负极材料化合物代替锂金属，似然电压可能略小一点，但却确保了安全性，可以有效减少支晶引起短路的可能性。同时嵌锂点位较低，可以有效减少电压的损失。如果可以选择合适的嵌锂化合物作为正极，则可以使其工作电压到达4V，远高于工作电压仅有1.2V左右的镍氢、镍镉电池。[1]
2、高能量密度，由于锂离子电池极高的电压，使得其理论能量密度可以到达200Wh／kg，不过也只是理论上的，实际上该数字一般在140 Wh／kg，但即使如此也到达了镍氢、镍镉电池的2到3倍。
3、循环寿命长。有资料表示，现如今已经研发出了寿命长达70年的锂离子电池，其充放电次数最多可以到达2.5万次，并且在充放电1万次以后依然能保持性能的稳定[2]。
4、无记忆性。一般的镍镉电池经常会遇见这种情况如果一次充电不充满，那下一次充电时，电池将会选择上一次未充满的的电量作为满电量的标准，这就是所谓的电池的记忆性，是要想办法避免的。而锂离子电池则无记忆性。
5、绿色环保。因为不含铅、铬等元素，因此会与环境没有那么明显的破坏性，如果可以妥善的密封，则基本不会有气体放出。
缺点：1、不耐过放过充。过放（当电池没电，其电压小于3v）会导致过量的锂离子被固定在晶格中，在此后的使用中不再能被使用，过冲（充电过久）会导致过多的锂离子脱嵌，其后果就是晶格塌缩，最终导致储电量的减少，以上两种损伤都是不可修复的。不过这两种情况都可以通过人为干预来避免，因此在使用锂离子电池时，尽量避免这两种情况的发生，可以有效延长电池寿命。
2、不耐高温低温。在高温环境下，即使不使用锂离子电池，锂离子电池的容量也会自发的减少，在低温环境下则更加明显，放点途径明显减少，输出功率减少，可用电容衰减等。
3、生产工艺要求高，成本也较高。市面上相同工作电压的锂离子电池的价格一般为铅酸蓄电池的3到4倍。从工艺流程到材料的选择还存在减少成本的空间，但需要等待研究上的进步。
目 录
1. 前言 1
1.1 引言 1
1.2 锂离子电池 1
1.2.1 锂离子电池的发展历程 1
1.2.2 锂离子电池的优缺点 2
1.2.3 锂离子电池的工作原理 2
1.3 锂离子电池的负极材料 4
1.4 静电纺丝 4
1.4.1 静电纺丝技术的发展历程 4
1.4.2 静电纺丝的实验装置和电纺过程 5
1.4.3 静电纺丝的核心理论 6
1.4.4 静电纺丝的影响因素 6
1.5 本课题研究的内容与目的 6
2. 实验部分 8
2.1 实验药品及仪器 8
2.1.1 实验药品 8
2.1.2 实验仪器 8
2.2 C/SiO2纤维薄膜的制备 8
2.2.1 静电纺丝溶液的制备 8
2.2.2 C/SiO2纤维薄膜的制备 9
2.2.3 以C/SiO2纤维薄膜材料装电池 10
3. 结果与讨论 11
3.1 红外光谱测试 11
3.2 XRD测试 12
3.3 电性能测试 15
4. 结论 20
参考文献 21
致谢 22
静电纺丝法制备C/SiO2纤维薄膜锂电池负极材料
1 前言
引言
这是最坏的时代，也是最好的时代。这句话似乎放在哪一个时 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
代都有那么几分道理。如今我们所处的时代，至少对于我们中国人民来说，战争，似乎十分遥远。精神物质生活丰富多彩，科技日新月异，每十年我们都会适应新的不可或缺的习惯，从互联网，智能机到网购，无现金社会。而在将来这样生活习惯的更新速度无疑会越来越快，我们永远无法预测科技会把我们带向何方。但如果说还有哪些不足，那就不的不提下环保方面的问题了，当温饱问题经济问题基本得到解决，中国人民也不得不开始解决一些自己在发展过程中造成的一些错误了，空气污染，沙漠化，雾霾等一系列严肃的环境问题，这些我们一手造成得问题是无法回避的，因此绿色环保的话题也开始出现在我们生活的方方面面，象锂离子电池这样高效能的同时还绿色环保的项目也逐渐取代常见但存在较大污染问题的镍氢、镍镉电池，这种取代发生时很多时候我们都无法清晰的认识到，但无疑这是我们社会进步的一个佐证。
当然锂离子电池能完成对传统电池的超越不仅仅是因为其无污染这一个优点。更高的工作电压，更高长的使用寿命，这些在工作上的商业价值才是真正吸引企业主动更新换代的唯一真理，也吸引着更多的科研工作者投入更多精力来实现锂离子电池的方面的科研探索和生产技术突破。无疑，锂离子电池科技上的持续发展是引导人们迈向更美好生活的一条康庄大道。
1.2 锂离子电池
1.2.1锂离子电池的发展历程
世界上第一个锂离子电池说是在20世纪70年代由艾克森的M.S.Whittingham以硫化钛作为正极，金属锂作为负极制备而成的。但由于金属锂作为负极的话，会导致在积淀的过程中形成树枝状的晶体，极易导致电池内部短路，最终导致严重的安全事故。因此对于锂电池抱有极大期待的科学家们开始找寻解决这一问题的方法。到1980年，这一问题获得了突破性的进展，Armand率先提出了RCB概念，他提出负极不再使用金属锂，而是采用锂的嵌合物，很快石墨便第一个被当做负极嵌入物引入了实验。最终在1990年，大名鼎鼎的索尼公司成功研制出了锂离子电池，并很快在1992年推出了商业化的可充电氧化锂钴离子电池，从此锂离子电池开始广泛地进入人们的生活，从手表，笔记本到车辆，航空航天等领域，到了如今，许多新兴高科技领域的发展都依赖于锂离子电池的研究进展，而相对的，正是凭借着这些高科技领域在近年来的蓬勃发展，锂离子电池的市场以惊人的平均五年翻一番的速度飞速发展，并吸引着更多企业试图加入其中分一杯羹，吸引更多投资人和国家投入更多资源到这一项目的探索中。可以说锂离子电池技术的先进程度不仅仅是很多公司竞争力的表现，更是国家综合实力的一种体现。
1.2.2 锂离子电池的优缺点：
优点：1、高工作电压。用石墨或者石油焦等碳负极材料化合物代替锂金属，似然电压可能略小一点，但却确保了安全性，可以有效减少支晶引起短路的可能性。同时嵌锂点位较低，可以有效减少电压的损失。如果可以选择合适的嵌锂化合物作为正极，则可以使其工作电压到达4V，远高于工作电压仅有1.2V左右的镍氢、镍镉电池。[1]
2、高能量密度，由于锂离子电池极高的电压，使得其理论能量密度可以到达200Wh／kg，不过也只是理论上的，实际上该数字一般在140 Wh／kg，但即使如此也到达了镍氢、镍镉电池的2到3倍。
3、循环寿命长。有资料表示，现如今已经研发出了寿命长达70年的锂离子电池，其充放电次数最多可以到达2.5万次，并且在充放电1万次以后依然能保持性能的稳定[2]。
4、无记忆性。一般的镍镉电池经常会遇见这种情况如果一次充电不充满，那下一次充电时，电池将会选择上一次未充满的的电量作为满电量的标准，这就是所谓的电池的记忆性，是要想办法避免的。而锂离子电池则无记忆性。
5、绿色环保。因为不含铅、铬等元素，因此会与环境没有那么明显的破坏性，如果可以妥善的密封，则基本不会有气体放出。
缺点：1、不耐过放过充。过放（当电池没电，其电压小于3v）会导致过量的锂离子被固定在晶格中，在此后的使用中不再能被使用，过冲（充电过久）会导致过多的锂离子脱嵌，其后果就是晶格塌缩，最终导致储电量的减少，以上两种损伤都是不可修复的。不过这两种情况都可以通过人为干预来避免，因此在使用锂离子电池时，尽量避免这两种情况的发生，可以有效延长电池寿命。
2、不耐高温低温。在高温环境下，即使不使用锂离子电池，锂离子电池的容量也会自发的减少，在低温环境下则更加明显，放点途径明显减少，输出功率减少，可用电容衰减等。
3、生产工艺要求高，成本也较高。市面上相同工作电压的锂离子电池的价格一般为铅酸蓄电池的3到4倍。从工艺流程到材料的选择还存在减少成本的空间，但需要等待研究上的进步。
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