錫是鋰離子電池負極材料的最優(yōu)選的材料之一,單質(zhì)錫具有較高的理論容量(993 mAh g^-1),同時具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。但是,錫和鋰離子合金化反應(yīng)過程中形成較大的體積膨脹,容易造成活性材料粉化和脫落,制約了錫基負極材料的商業(yè)化應(yīng)用。低熔點的錫在制備過程中形成局部團聚和再結(jié)晶,致使制備高分散錫納米顆粒比較困難。針對如此問題,本文通過兩種方式有效抑制錫在制備過程中的團聚和前期容量損失問題。首先,通過簡易的模板法制備出碳管包覆錫納米顆粒結(jié)構(gòu)（Sn@aCT）,納米尺寸的錫可以有效避免鋰化過程中體積膨脹,碳管組成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形成支撐框架,這種復(fù)合材料作為鋰離子電池負極表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能。通過透射電子顯微鏡跟蹤驗證了制備過程中各階段的形貌符合預(yù)定的結(jié)構(gòu)設(shè)想。電化學測試表明,錫納米顆粒的高容量和碳納米管的高穩(wěn)定性結(jié)合于一起,顯示出長循環(huán)下的容量保持能力,在0.1 A g^-1的電流密度下,350次循環(huán)后容量仍然是870 mAh g^-1。為了對比研究錫顆粒的尺寸影響和碳管的作用,制備了碳包覆錫納米顆粒的蛋黃殼結(jié)構(gòu)（Sn@C-YS）,對比分析... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）鋰離子電池市場規(guī)模；（b）中國鋰電池產(chǎn)量

蘭州大學碩士學位論文錫碳復(fù)合材料的電化學性能研究及動力電池熱管理系統(tǒng)的開發(fā)31.2.2鋰離子電池的組成鋰離子電池的組成如圖1-2所示，共分為五部分：電極材料（正極材料和負極材料）、隔膜、電解液及電極殼，電極殼是用于電池的封裝的最外層材料，以紐扣電池為例可分為正極殼、負極殼、墊片和彈簧墊片。圖1-2鋰離子電池的組成1.隔膜在鋰離子電池中，隔膜的主要作用是將正負極隔開，防止兩個電極材料直接接觸而引發(fā)短路等現(xiàn)象，這就要求隔膜具有足夠大的孔隙。在充電過程中鋰離子從正極材料中出來穿過隔膜流向負極材料，放電過程中鋰離子從負極脫出到正極。雖然隔膜是簡單的作用，但是高傳導(dǎo)能力的隔膜必須滿足以下的要求：①為了利于鋰離子的傳輸要求隔膜滿足于30~60%的孔隙率，且不可過大防止發(fā)生微短路；②可以容納電解液，并與電解液有一定的親和力，以降低電池的內(nèi)阻和提高鋰離子的流動；③化學性質(zhì)穩(wěn)定，不與電解液發(fā)生反應(yīng)；④質(zhì)地要求柔軟且耐穿刺且有足夠的拉伸強度，可以有效避免電極上的某些堅硬顆粒刺穿隔膜形成短路，也可以防止被拉斷；⑤盡可能小的熱變形和收縮率，并要求一定的厚度。2.電解液電解液作為鋰電池的“血液”是傳輸鋰離子和電子的重要介質(zhì)。一般的電解液的選擇應(yīng)該滿足以下條件：①具有高的離子導(dǎo)率，一般為1×10-3~1×10-2scm-1之間；②高的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，滿足的溫度范圍為-40~70℃，保證電池的安全理想的工作狀態(tài)；③能夠在較大的電壓范圍內(nèi)保持化學穩(wěn)定性；④安全無污染、無毒或少毒；⑤與其他電極材料能夠良好的相容。因此，電解液的研發(fā)也成為鋰離子電池較重要的研究項目，電解液主要有三個部分組成：溶劑、鋰鹽和添加劑。其中，LiPF6作為綜合性能較好的電解液在商業(yè)應(yīng)用中最為廣泛。3

02和g，其中La和Lc代表了a軸和c軸上的堆積厚度；D002為石墨的片層間距，一般為0.34nm；g代表了石墨化程度。石墨片層間的缺陷越多便可產(chǎn)生更多的端面，因此可提升儲鋰性能。1.石墨烯負極材料石墨烯以高模量、大比表面積和穩(wěn)定的物理化學性能著稱，是碳原子組成的單層碳平面。因為有獨特的二維結(jié)構(gòu)，在片層間可以提供大量的反應(yīng)位點，石墨烯的大量制備可以通過hummer法、改良hummer法、超聲剝離和CVD等獲得。展現(xiàn)出較高的比容量，Liang等人用化學法合成石墨烯納米片在第一次充電時展示出650mAhg-1的大容量[16]，如圖1-3所示。但伴隨著部分不足，如首次庫倫效率低和不可逆容量大等，相關(guān)學者將其進行改進處理，如將石墨烯與容量高的金屬或金屬氧化物復(fù)合等策略。圖1-3（a，b）石墨烯負極的TEM圖片；（c）石墨烯電極的電化學性能[16]2.碳納米管一維的碳納米管結(jié)構(gòu)具有大的比表面積和優(yōu)異的化學活性受到大部分學者的關(guān)注，同時，具有良好的力學性能和高的電導(dǎo)率，成為碳負極材料的優(yōu)秀選擇。中孔結(jié)構(gòu)可以提供更多的活性位點，鋰離子和電子通過碳壁和兩個端口進入，增加了鋰離子擴散能力的離子導(dǎo)率。但是同樣受其首次庫倫效率低的影響，未能廣泛的商業(yè)化使用。為了解決首次不可逆容量的缺點，大量研究人員使其與金屬和非金屬復(fù)合，或者合金化�？梢杂行У乜刂铺技{米結(jié)構(gòu)的坍塌和粉化現(xiàn)象。如圖1-4所示，Claye發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管的可逆容量高達460mAhg-1，遠大于石墨的

【參考文獻】：
碩士論文
[1]電動車動力電池熱管理與空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合仿真及控制技術(shù)研究[D]. 吳禎利.吉林大學 2015
[2]動力電池成組高效冷暖裝置研制與流變熱控性實驗研究[D]. 谷燕龍.吉林大學 2015
[3]純電動汽車用動力電池組熱特性研究[D]. 江超.合肥工業(yè)大學 2015



本文編號：3518171