硅基纳米结构材料的制备及锂离子电池性能研究的任务书.docx

硅基纳米结构材料的制备及锂离子电池性能研究的任务书
任务书
一、背景及意义
随着新能源汽车的普及和储能市场的不断扩大，锂离子电池这一高效、环保、可持续的电能存储装置越来越受到广泛关注。硅是一种重要的锂离子电池负极材料，具有高的理论比容量和较低的电位，在未来的锂离子电池中具有广阔的应用前景，但是由于硅材料体积膨胀、收缩引起的机械破坏和电化学反应的不稳定性，其应用受到限制。为了解决这一问题，需要研究硅基纳米结构材料的制备及其锂离子电池性能。
硅基纳米结构材料作为一种新型的负极材料，不仅可以改善硅材料体积膨胀、收缩引起的机械破坏和电化学反应的不稳定性问题，而且具有优异的导电、催化和光电特性等，这对于提高锂离子电池的性能和寿命具有重要意义。因此，本实验旨在研究硅基纳米结构材料的制备方法和锂离子电池的性能，为硅基纳米结构材料的应用提供理论和实验基础。
二、研究内容
1.硅基纳米结构材料的制备
1）利用化学还原法制备纳米硅粉末，探究反应温度、时间、浓度等因素对纳米硅粉末形貌和结构的影响。
2）采用单一前驱体法制备硅基纳米结构材料，研究反应条件、控制气氛、选择不同的前驱体等因素对材料形貌和结构的影响。预计制备的硅基纳米结构材料包括纳米线、纳米管、纳米乳液等。
2.硅基纳米结构材料的表征
1）利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等表征技术对制备的硅基纳米结构材料的形貌、结构、晶化程度等进行表征。
2）利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、等离子体质谱(ICP-MS)等表征技术分析硅基纳米结构材料的化学组成、表面化学性质、材料纯度等。
3.锂离子电池性能测试
1）借助研制硅基纳米结构材料制成的锂离子电池对比分析其电化学性能、循环稳定性和放电时效等。
2）利用电化学交流阻抗谱(EIS)、循环伏安(CV)等电化学测试技术研究硅基纳米结构材料的电化学反应动力学等。
三、实验方法和进度
1.实验方法
1）化学还原法制备纳米硅粉末。将硅烷作为硅源，将其溶于十二烷基硫酸钠含量为0.2mol/L的水溶液中，然后将还原剂NaBH4溶于去离子水中后加入硅溶液中，反应8h，真空过滤、水洗、干燥后得到纳米硅粉末。
2）单一前驱体法制备硅基纳米结构材料。采用不同的前驱体，控制前驱体浓度、反应温度和反应时间等实验参数，制备硅基纳米结构材料。
3）利用SEM、TEM等表征技术对制备的硅基纳米结构材料进行表征。
4）制备硅基纳米结构材料制成锂离子电池，对其进行电化学性能测试。
2.实验进度
第一阶段：收集关于硅基纳米结构材料的制备方法和锂离子电池应用研究材料，撰写相关文献综述。时间：5天。
第二阶段：利用化学还原法制备纳米硅粉末，并对其形貌和结构进行表征。时间：15天。
第三阶段：采用单一前驱体法制备硅基纳米结构材料，并利用SEM、TEM等表征技术对其进行表征。时间：25天。
第四阶段：研制硅基纳米结构材料制成锂离子电池，并分析其电化学性能。时间：25天。
第五阶段：撰写实验报告，完成理论和实验研究成果，并对未来的研究方向进行探讨。时间：10天。
四、参考文献
1.ZhangY,etal.Poroussilicon-basedanodesforlithium-ionbatteries:pre-lithiationtoimprovetheelectrochemicalperformance.ActaMater.2013;61(6):1789-94.
2.YanX,etal.Silicon-basednanomaterialsforlithium-ionbatteries:areview.AdvMater.2014;26(17):3056-82.
3.LeeHC,etal.Large-scalesynthesisofSinanowiresbychemicalvapordepositionforhigh-performanceLi-ionbatteryanodes.NanoLett.2012;12(5):2318-23.
4.KimJH,etal.Hollowsiliconnanocubesforrechargeablelithiumionbatteries.NanoLett.2011;11(5):2382-6.
5.LiuN,etal.Ayolk-shelldesignforstabilizedandscalableLi-ionbatteryalloyanodes.NanoLett.2012;12(6):3315-21.