石榴结构的二氧化硅/碳复合材料的合成及其应用开题报告

全文总字数：2228字

1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来,便携式电子设备和电动汽车在人们日常生活中快速普及发展,制备更高能量密度和更长循环寿命的锂离子电池面临巨大挑战。在这种形势之下，以钴酸锂为正极、石墨碳为负极的传统锂离子电池体系已经难以满足日益增长的多元化需求，各种新型正负极替代材料被广泛研究。

传统石墨碳负极材料的理论比容量仅372 mahg^-1 ，硅基材料具有高达 4200mahg^-1的理论比容量，工作电压低、安全性好、原料来源广泛。但是,在充放电循环过程中,硅基材料因严重的体积膨胀效应使电极材料发生粉化，同时加剧与电解液之间的副反应，最终导致电极性能急剧下降。siox材料相对于si相比具有增强的稳定性，但在充电过程中也会遇到体积变化、放电循环以及不良的导电性问题。科学家提出了一种分层结构的硅阳极来解决这些问题设计灵感来自石榴的结构，在石榴结构中，单个硅纳米颗粒被导电的碳层包裹，在锂化和去锂化后留下足够的膨胀和收缩空间。这些杂化纳米粒子的集合，被一层较厚的碳层包裹在微米大小的囊中。由于这种分层排列，固体电解质界面保持稳定和空间限制，从而产生良好的循环性（1000次循环后97%的容量保持率）。此外，微结构降低了电极-电解质的接触面积，导致库仑效率（99.87%）和容量较高，即使在面积容量下循环也保持稳定。中孔结构还可以为电解质种类的运输提供快速的扩散途径，并为锂离子的存储反应提供许多活性部位。除此之外，科学家通过设计和合成其他不同结构和组分的硅碳复合纳米材料来提高电极材料电化学性能，比如一维mwcnts(多壁碳纳米管)@si复合纳米材料、mwcnts@si/sio_x@c核壳结构复合纳米材料、二维rgo@si复合纳米材料、si@c复合纳米管、多孔si/sio_x复合纳米材料、超细多孔硅碳复合纳米材料等。基于复合材料结构和组分的优势,以上硅碳复合纳米材料电极均显示出优异的电化学性能^1-10。

本文着重讲述通过硬模板法合成sio_x@c复合材料的原理和步骤，并对复合材料的电化学储能性能进行综述。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

查阅文献，对石榴结构的二氧化硅/碳复合材料作为活性物质的电极，在储能体系中的应用，如容量、库仑效率和循环稳定性等电化学特性，进行综述。

3. 研究计划与安排

第1周：了解论文题目，认识所需完成的主要内容和任务；搜集相关学术期刊、论文、文稿、专利、教材等资料，阅读后进行总结，对论题形成一个初步的系统性的认识。

第2-3 周：完成毕业论文开题报告，确定具体步骤。

第4-7周：查阅文献，了解石榴结构的二氧化硅/碳复合材料作为活性物质的电极，在储能体系中的应用。

4. 参考文献（12篇以上）

(1) chen）, 陈. e. 博士, 浙江大学, 2017.

(2) 高莉 硕士, 北京理工大学, 2017.

(3) 贺勇 硕士, 湖南工业大学, 2019.