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赵明才博士答辩公告

时间:2021-09-06来源:bobty综合体育在线 点击:217


答辩博士:赵明才

指导老师:教授/博导

论文题目:锂离子电池用纳米硅颗粒湿法超细研磨应用基础研究

答辩委员会:

主席:Qi Zhang  教授/博导  Basque Center for Materials, Applications and Nanostructures, Spain

委员:沈鸿烈    教授/博导    南京航空航天大学

袁中直   教授/硕导    华南师范大学

    教授/博导    南京航空航天大学

彭彪林   教授/博导    西安电子科技大学 

秘书:     副教授/硕导    南京航空航天大学

答辩时间:2021981500

答辩地点:远程视频答辩(腾讯会议ID:794879161,密码:147852

 

学位论文简介:

论文以锂离子电池用纳米硅材料对研究对象,通过脉冲放电和湿法超细研磨的方法制备出了稳定的、高非晶化程度的纳米硅颗粒,系统地研究了湿法超细研磨的原理,并重点对湿法超细研磨规模化制备纳米硅的关键技术进行了研究,同时开展了非晶态纳米硅颗粒在负极材料中的应用基础研究,设计并制备出比容量高、循环性能好的硅炭复合负极材料。

论文的主要研究工作及创新点如下:

(1)针对硅材料的嵌/脱锂性质,设计了一种零维的纳米硅材料,具有稳定的非晶态结构,其中值粒径D50 < 100 nm,粒径分布窄,短程序结构尺寸小(< 5 nm),非晶化程度高(> 80%)。

(2)提出了一种通过脉冲放电和湿法超细研磨制备稳定的非晶态纳米硅颗粒的工艺方法。先通过脉冲放电产生的高温将体硅材料升华或熔化后再快速冷凝,制备出晶粒尺寸小、晶向无序化程度高、且有一定非晶态结构的微纳米硅颗粒,再通过湿法超细研磨过程中的反复冲击与摩擦将纳米硅颗粒及其内部晶粒进一步细化,并大幅提高非晶化程度,得到粒径分布均匀、非晶化程度高的纳米硅颗粒,而且其内部结构能够在高温下保持稳定。

(3)建立了纳米硅颗粒性能的评价体系,包括评价指标及方法。文章不仅制备出了高性能的纳米硅颗粒,并从颗粒粒径、锆含量、平均晶粒尺寸、非晶化程度及氧含量等方面对其性能进行了评价,针对内部结构的定量分析,文章通过对样品的Raman及XRD图谱进行分峰并拟合出晶态硅(c-Si)和非晶态硅(a-Si)的曲线,再通过积分及非晶化程度计算公式来定量分析其非晶化程度。

(4)提出了一条全封闭的粗、细二级研磨及喷雾干燥的技术路线,实现了纳米硅颗粒的高效、低成本、规模化制备。通过一系列关键技术的研究,重点解决湿法超细研磨过程中的安全、存储运输以及品质一致性等问题。制备过程全封闭的技术路线,实现从原料粉体投料到粉体成品包装过程的全封闭,达到安全生产及便于储存运输的目的。通过粗、细二级研磨、以及每批次定量补充研磨珠的方法保障研磨腔内有稳定的应力强度及应力次数,进而保障了各批次纳米硅颗粒品质的一致性,同时提高了生产效率,降低了生产成本。

(5)对制备的非晶态纳米硅颗粒进行了应用基础研究,设计并制备了一款纳米硅颗粒分散均匀、结构强度高、电子电导率高、比容量高、膨胀小、首次库伦效率高及循环性能好的硅炭复合材料。该硅炭复合材料复合了非晶化程度高的纳米硅颗粒、石墨纳米片、碳纳米管、无定形硬炭及软炭等材料,表现出了优异的循环性能,能够与商业化石墨材料直接混合使用,工艺兼容性好,容易实现规模化制备,极具商业应用价值。

 


 

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