硅负极材料的储锂机理与电化学改性进展

硅作为锂离子电池负极材料具有极高的比容量,被认为是最有应用潜力的下一代锂离子电池负极候选材料。本文系统总结了硅负极材料的电化学储锂特性和储锂机理,分析了硅负极材料存在的主要问题及原因。针对存在的问题,从嵌脱锂过程硅材料粉化调控、稳定固体电解质界面膜(SEI膜)的构建和硅材料导电性调变3方面对硅负极材料的电化学改性进展进行了评述,并指出了硅负极储锂材料今后的研究方向。     

多孔硅电学特性研究

采用双槽电化学腐蚀法制备多孔硅材料,形成了Pt/多也硅/P 型单晶硅/多孔硅/Pt的样品微结构.主要研究了腐蚀条件及氧化后处理对这一微结构横向I-V特性的影响.结果表明该微结构横向I-V特性主要由多孔硅层的电学特性所决定,呈现出非整流的欧姆接触特性.     

低成本二氧化硅源镁热还原制备锂离子电池多孔硅负极材料的研究进展

硅材料因其超高的理论比容量、较低的放电电压及锂离子扩散势垒,成为最有发展前景的高容量锂离子电池负极材料之一.然而,硅负极在充放电过程中会引起巨大的体积膨胀,严重影响其电化学性能.设计具有纳米尺寸和多孔结构的硅负极材料是实现高容量硅负极的有效途径.但目前大多数的制备方法通常工艺复杂、成本高、产率低,限制了其商业应用.因此...     

锂离子电池硅基负极界面反应的研究进展

硅作为一种极具潜力的锂离子电池负极材料,已引起研究者的广泛关注。然而硅材料储锂过程中伴随着巨大的体积变化,导致电极/电解液界面不稳定,是限制硅电极商业化的主要因素之一。深入了解硅负极的界面反应机理,有助于改善硅负极的界面性质,进而提高硅负极的电化学性能。本文综述了硅负极界面反应的演化机制,包括Li-Si合金化过程、硅表面氧化硅的反应和表面纯化膜的形成,并讨论了其对硅电化学性能的影响。     

N型多孔单晶硅片的热电性能研究

半导体硅热电材料原材料极为丰富，而且安全无毒。尽管硅材料有着比较大的塞贝克系数，但是由于硅的热导率太高而电导率偏低导致热电性能低而不适用于热电材料。为了解决这一问题，本文采用电化学腐蚀的方法制备了N型多孔硅。采用物理气相沉积和电化学腐蚀相结合的方法在硅片上的纳米孔中镶嵌InSb，实现实空结合量子结构。这一结构大大提高了N型硅材料的热电优值，为研制具有高热电转化效率的热电材料开辟了一个新的途径。     

多孔硅的电化学制备与研究

以电化学方法制备了多孔硅材料并通过表面轮廓测试仪、原子力显微镜、显微拉曼光谱仪等设备对制备多孔硅的孔隙率、厚度、表面形貌、以及热导率进行了表征.结果发现,本实验制备的多孔硅属于介孔硅(15～20nm),其孔隙率随腐蚀时间和腐蚀电流的变化有先增大后减小的趋势.增加多孔硅的厚度和孔隙率,可以使得多孔硅的热导率显著降低(最低可低至0.62W/m·K).     

硅材料在锂离子电池中的应用研究进展

硅材料作为锂离子电池负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子负极材料的研究热点之一.综述了近年来锂离子电池硅负极材料的研究进展.分别对硅及含硅材料作为锂离子电池负极材料的发展过程、充放电特性、储锂机理及影响其储锂的各因素进行了分析和总结,并对其存在的问题进行了分析.探讨了采用不同复合物、不同制备方法和合成硅化物等改性方法来提高其循环性能的可行性.指出纳米硅基复合物将是硅负极材料最有希望的发展方向.     

硅/石墨负极中硅的体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响

将电阻率为1Ω·cm、0.1Ω·cm、0.01Ω·cm、0.001Ω·cm的n型掺杂硅片以及电阻率为1Ω·cm、0.001Ω·cm的p型掺杂硅片球磨制成6种硅粉,并分别将其与石墨按照5∶95的质量比进行混合,用作锂离子电池负极材料并制成扣式电池,通过电化学阻抗谱和倍率性能测试来研究硅材料体电阻率和掺杂类型对锂离子电池电化学性能的影响规律。结果表明,硅材料体电阻率越低,其储锂容量越高,倍率性能越好。电阻率相同时,n型掺杂硅始终比p型掺杂硅具有更大的储锂容量和更好的倍率性能。但是,当p型掺杂硅的电阻率远低于n型掺杂硅时,p型掺杂硅电化学性能更佳。另外,0.001Ω·cm的n型掺杂硅样品具有最佳的充放电比容量和倍率性能,其首次充放电比容量分别为457.7mAh·g~(-1)和543.4mAh·g~(-1)。     

金属热还原法制备锂离子电池纳米硅材料的研究进展

锂离子电池作为一种绿色环保的储能器件,在许多领域得到了广泛应用,如手机、笔记本、摄像机、医疗器械等便携式电子器件以及新能源电动汽车等.特别地,随着社会的进步、人类的发展,能源枯竭、石油危机、汽车尾气排放等问题日趋严峻,新能源动力汽车异军突起,而锂离子电池作为动力电池的最优选择,其能量密度的提升对推动新能源动力汽车领域的发展具有重大意义.锂离子电池电极材料是限制其能量密度的关键因素.目前,锂离子电池所采用的负极材料为石墨,其理论比容量仅为372 mAh/g.在众多新型负极材料中,硅材料因具有4200 mAh/g的超高理论比容量而备受研究者瞩目,但是硅材料自身存在导电率低、体积膨胀大、结构不稳定等问题,导致其电化学性能不佳.研究者们主要通过将硅材料纳米化来提高其结构稳定性及循环稳定性.当前,纳米硅材料的制备方法主要有化学气相沉积法、等离子蒸发冷凝法及机械球磨法,但是普遍存在对设备要求条件苛刻、制备成本高、流程复杂等问题.实现纳米硅的短流程、低成本制备,对于推动硅基负极,特别是硅碳复合负极的商业化应用具有重要意义.本文重点综述了基于金属热还原特别是镁热还原法制备的纳米硅在锂离子电池中的研究进展,分析了采用金属热还原制备纳米硅的技术优势,总结了近年来镁热还原制备的纳米硅基负极材料的性能,展望了金属热还原技术低成本制备纳米硅材料的发展前景.     

国外有机硅材料研发动态

概述了国外有机硅材料最新研发动态.着重介绍了与电子工业、燃料电池有关的含硅材料和以含硅的聚酰亚胺、聚硅倍半氧烷为基础的材料,以及聚二茂铁硅烷和金刚烷为基础的有机硅氧烷等的性能和应用.     

采用原电池法制备纳米多孔硅

利用原电池法在硅片表面制备了纳米多孔硅层;用扫描电镜SEM和原子力显微镜AFM观察了多孔硅表面形貌：原电池法与电化学法得到的多孔硅孔径均在10～20nm范围．研究结果表明：铂膜电极厚度的增大以及铂膜电极与暴露硅片面积比的增大,会导致多孔硅层的厚度增大．热学模拟结果表明：以纳米多孔硅作为绝热层可获得与悬浮结构相同的效果．     

一维硅纳米材料的研究进展

作为微电子领域最重要的半导体材料,硅的一维纳米结构在器件组装、纳米尺寸磁性器件、光电子等领域具有重要的作用,已经成为国际上材料科学研究的一个热点.从制备方法、应用前景等方面综述了国际上关于纳米硅丝和纳米硅管的研究进展,并提出今后的研究方向.     

光敏染料的键合及其对单晶硅的光敏化作用

用卤化法将噻－２＇－菁光敏染料共价键合于单晶硅表面。测定了键合染料硅片的表面光电压，结果表明，键合光敏染料噻－２＇－菁对单晶硅具有很强的敏化作用；利用电化学测量和紫外可见吸收光谱确定了键合光敏染料噻－２＇－菁与硅之间的相对能级位置，并对界面电子转移过程进行了讨论。     

太阳能级硅中轻质元素(C,N,O)研究进展

C,N,O等轻质元素的存在对太阳能级晶体硅材料的性能有着广泛影响,而硅材料作为太阳能电池的主要原材料,其纯度对电池的电学性能有着决定性作用。本文总结了晶体硅中C,N,O元素的存在形态、分布规律、形成机制及工艺控制等的研究进展,并对未来硅中轻质元素的研究进行了展望,使用各种提纯工艺的优势交叉互补来控制及去除硅中的杂质值得研究及关注,对硅中C,N,O元素的交互作用的深入研究也将会对硅材料质量的提高有着积极作用。     

利用合金低温生长晶体硅的研究进展

基于光伏行业对低成本晶体硅材料的巨大需求,晶体硅低温生长技术逐渐受到人们的青睐。该技术是在低温下将硅与低熔点金属进行共熔化处理,结合液相外延、合金定向凝固等技术生长、制备晶体硅。首先阐述了晶体硅低温制备原理,并对其生长行为、受控因素和应用现状进行综述,指出了目前各自存在的问题与难点,最后对下一阶段晶体硅生长技术的研究重点和发展前景进行了展望。     

硅晶体中新施主研究

本文阐述了硅晶体中新施主的产生和影响，着重总结了新施主的基本性质，基本模型和近年来的研究进展。     

一种新颖的硅量子点-金复合纳米粒子的制备和表征

利用电化学刻蚀法制备的硅量子点的还原特性,通过调整硅量子点与氯金酸的量的比例,可控合成了包含有不同尺寸金纳米颗粒的复合纳米粒子,并通过实验证明了硅量子点与金纳米颗粒的结合。在电化学刻蚀制备硅量子点的同时,通过微波辅助法可以迅速地在硅量子点表面有效地修饰上一部分羧基、羟基或者烷基链,从而间接预先对这种复合纳米粒子进行修饰。这种新型的纳米复合材料具有硅量子点的荧光性质的同时,还具有各种尺寸纳米金的光学性质,具有广阔的应用前景和研究价值。     

硅基单结太阳能电池的制备技术、缺陷及其性能的研究

首先综述了硅基单结太阳能电池的分类、制备方法及进展,介绍了化学气相沉积法、液相外延法(LPPE)、金属诱导结晶法(MIC)、磁控溅射法以及分子束外延法等各种硅基太阳能电池的制备方法,阐述了各种制备工艺的优缺点。其次,总结了单晶硅、多晶硅以及非晶硅太阳能电池在组织结构、缺陷方面的研究现状。最后,对硅基太阳能电池的机械、电学、光学以及光电性能等方面的研究进展做了论述。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

硅基负极材料具有比容量大的优点,是高容量锂离子电池理想的负极材料。然而硅基材料在循环过程中容量衰减快,影响了其实用性。从硅复合物粉末和硅薄膜两个重要研究方面对硅基负极材料进行了综述,指出在Si基复合负极材料的研究中,单一途径改性提升循环性能的幅度有限,很难达到实用化阶段。硅的纳米化、无定形化、合金化及复合化等方法的综合运用成为硅基材料研究的主导方向。     

Incorporation of amorphous and microcrystalline silicon in n–i–p solar cells

We have investigated the material properties and n–i–p solar cell quality of hot-wire deposited amorphous and microcrystalline silicon. Although it is possible to make high quality amorphous silicon solar cells, occasionally many cells show shunting behavior. Therefore, better control over the variation in cell performance is needed. We prove that this behavior is correlated with the filament age and different methods for improving the reproducibility of the cell performance are presented. Furthermore, the influence of different deposition parameters of microcrystalline silicon layers on the material and solar cell properties was studied. Although some of these microcrystalline layers are porous and oxidize in air, an initial efficiency of 4.8% is obtained for an n–i–p cell on untextured stainless steel.