Li-Si-Ni三元系相關(guān)系的實(shí)驗(yàn)測(cè)量與熱力學(xué)計(jì)算.pdf

1、在鋰離子電池負(fù)極材料中，硅因具有理論容量高(4200mAh/g)、資源豐富以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。但在鋰離子嵌入硅負(fù)極材料的過程中，體積會(huì)發(fā)生劇烈膨脹，導(dǎo)致負(fù)極材料粉化，引起負(fù)極材料容量與循環(huán)性能的急劇下降。研究發(fā)現(xiàn)，將硅與惰性嵌鋰金屬復(fù)合可顯著抑制硅基負(fù)極材料在嵌鋰過程中產(chǎn)生的體積膨脹，改善其循環(huán)性能。據(jù)報(bào)道，Si-Ni二元合金作為硅基負(fù)極材料有較好的循環(huán)與導(dǎo)電性能。為了研究Si-Ni合金作為鋰離子電池負(fù)極材料在嵌鋰過程中相變次

2、序、微觀組織演化及相關(guān)物理性質(zhì)的變化，揭示鋰在Si-Ni合金負(fù)極材料中的嵌入機(jī)理，有必要對(duì)Li-Si-Ni三元系進(jìn)行熱力學(xué)研究，從而為Si-Ni二元合金中鋰離子嵌脫反應(yīng)機(jī)制提供理論依據(jù)。
　　本文采用平衡合金法，利用掃描電鏡與X-射線衍射等實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定了Li-Si-Ni三元系的150℃等溫截面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該體系在150℃存在6個(gè)三元化合物：τ1(LiNi2Si)、τ2(Li13Ni40Si31)、τ3(LiNi6Si6)、τ4(

3、Li13Ni9Si18)、τ5(Li0.6Ni5.4Si6)和τ6(Li75Ni20Si128)；14個(gè)三相區(qū)：Li13Si4+τ1+Li22Si5、Li13Si4+τ1+τ2、γ+τ1+τ2、Li7Si3+τ4+τ2、Li7Si3+τ4+Li12Si7、τ6+τ4+Li12Si7、γ+τ1+β1、γ+δ+τ2、τ3+δ+τ5、ε+δ+τ5、NiSi2+(Si)+τ5、(Si)+τ5+τ4、τ2+τ3+τ4和τ5+NiSi+NiSi2；

4、四個(gè)兩相區(qū)：τ2+τ4、τ2+τ4、τ3+τ5和τ4+τ5。
　　根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)相圖信息，本文利用Thermo-Calc軟件對(duì)Li-Ni二元體系進(jìn)行熱力學(xué)優(yōu)化計(jì)算，獲得了合理的熱力學(xué)參數(shù)。然后在系統(tǒng)整理了Li-Si-Ni三元體系的實(shí)驗(yàn)信息和熱力學(xué)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合三個(gè)二元體系，以及本工作實(shí)驗(yàn)得出的相平衡信息和第一性原理計(jì)算的三元化合物形成焓結(jié)果，采用CALPHAD方法對(duì)Li-Si-Ni三元系進(jìn)行了熱力學(xué)優(yōu)化，獲得一套合理自洽的熱力