本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池硬炭負(fù)極的改性及電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 負(fù)極材料 硬炭基材料 硼酸 活化劑 PVDF包覆

【摘要】：硬炭具有比容量高、倍率性能優(yōu)異、材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及與電解液相容性好等優(yōu)點(diǎn),因而是極具前景的鋰離子電池負(fù)極材料之一。但是,硬炭負(fù)極的電位平臺(tái)較高、首次效率低,嚴(yán)重制約了它在鋰離子電池工業(yè)上的應(yīng)用。本文采用硼酸摻雜、活化劑(聚乙二醇、KOH)造孔、聚偏氟乙烯包覆等三種方法對(duì)硬炭進(jìn)行改性,目的是找到一種既有利于大規(guī)模生產(chǎn),又能保證其具有良好電化學(xué)性能的制備方法。改性的主要結(jié)果如下：1、以酚醛環(huán)氧樹(shù)脂為前驅(qū)體,硼酸為摻雜劑,通過(guò)低溫裂解法制備改性硬炭負(fù)極材料。結(jié)果表明,硼酸使硬炭結(jié)構(gòu)有序化程度提高、層間距變小、固體電解質(zhì)中間相膜電阻變小、倍率性能得到提高,但循環(huán)性能變差；當(dāng)硼酸占硬炭的質(zhì)量比為10%時(shí),可逆比容量最高,達(dá)到461.1 mAh/g,電解質(zhì)中間相膜電阻僅為24.53Ω。2、采用活化劑造孔制備了改性硬炭材料。研究表明,酚醛環(huán)氧樹(shù)脂與熱不穩(wěn)定聚乙二醇之間不相容,其共混物形成的微相分離結(jié)構(gòu)是形成孔隙結(jié)構(gòu)的主要原因。所得硬炭的孔徑集中在2-10 nm之間,中孔率高達(dá)80%。當(dāng)聚乙二醇與樹(shù)脂的質(zhì)量比為0.5時(shí),可逆比容量達(dá)到最大值432.6 mAh/g；隨著聚乙二醇的繼續(xù)增加,硬炭的首次庫(kù)倫效率增加,1C倍率性能變差,2C和5C倍率性能變好,循環(huán)性能變差。而以KOH作活化劑時(shí)硬炭的孔徑以小于2 nm的微孔為主,隨著KOH用量的增加,硬炭的總孔容和比表面積不斷增大,首次的充放電比容量和循環(huán)性能變好,同時(shí)硬炭的平均孔徑、收率和振實(shí)密度均呈逐漸下降的趨勢(shì)。3、采用碳源對(duì)硬炭進(jìn)行包覆,結(jié)果表明,隨著PVDF包覆量的增加,硬炭的倍率性能和循環(huán)性能都呈現(xiàn)變好的趨勢(shì),但首次不可逆容量也相應(yīng)增大。當(dāng)PVDF與硬炭質(zhì)量比為1：1時(shí),850℃熱解制備硬炭的首次可逆比容量和循環(huán)保持率最高,分別為438.7 mAh/g和90.83%；PVDF包覆還減小了硬炭的電荷轉(zhuǎn)移阻抗和SEI膜阻抗。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 硬炭基材料 硼酸 活化劑 PVDF包覆
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-30
• 1.1 鋰離子電池的誕生和發(fā)展14-15
• 1.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及主要特點(diǎn)15-17
• 1.2.1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成15-16
• 1.2.2 鋰離子電池的基本工作原理16-17
• 1.2.3 鋰離子電池的主要特點(diǎn)17
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展17-24
• 1.3.1 石墨類碳材料18-20
• 1.3.2 無(wú)定形碳材料20-22
• 1.3.3 其他碳負(fù)極材料22
• 1.3.4 其他非碳負(fù)極材料22-24
• 1.4 硬炭的研究進(jìn)展24-28
• 1.4.1 硬炭的電化學(xué)機(jī)理研究進(jìn)展24-26
• 1.4.2 硬炭制備方法的研究進(jìn)展26-27
• 1.4.3 硬炭改性方法的研究進(jìn)展27-28
• 1.5 本文的選題背景28-29
• 1.6 本文的研究?jī)?nèi)容29-30
• 第2章 材料合成及實(shí)驗(yàn)方法30-37
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料和試劑及儀器設(shè)備30-31
• 2.1.1 主要的實(shí)驗(yàn)原料和試劑30-31
• 2.1.2 主要的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備31
• 2.2 硬炭基活性材料的合成31-32
• 2.2.1 合成硬炭基活性材料31-32
• 2.2.2 合成含有硼原子的硬炭活性材料32
• 2.2.3 合成添加活化劑的硬炭活性材料32
• 2.2.4 合成以硬炭為核包覆碳前軀體的活性材料32
• 2.3 材料的表征32-35
• 2.3.1 綜合熱分析32-33
• 2.3.2 X射線衍射分析33
• 2.3.3 拉曼光譜分析33
• 2.3.4 掃描電子顯微鏡分析33
• 2.3.5 X射線光電子能譜33
• 2.3.6 元素含量分析33-34
• 2.3.7 外光譜分析34
• 2.3.8 比表面積及孔徑分布分析34
• 2.3.9 振實(shí)密度分析34
• 2.3.10 電子電導(dǎo)率σ測(cè)定34-35
• 2.4 電極片的制作與電池組裝35
• 2.4.1 電極片制作35
• 2.4.2 電池的組裝35
• 2.5 材料的電性能測(cè)試35-37
• 2.5.1 恒電流充放電測(cè)試35
• 2.5.2 循環(huán)伏安測(cè)試35-36
• 2.5.3 電化學(xué)阻抗測(cè)試36-37
• 第3章 硼酸對(duì)硬炭結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能影響的研究37-46
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方法37
• 3.2 結(jié)果與討論37-45
• 3.2.1 試樣的結(jié)構(gòu)與形貌分析37-39
• 3.2.2 試樣的元素含量和化學(xué)狀態(tài)分析39-40
• 3.2.3 試樣的CV分析40-41
• 3.2.4 試樣的首次恒流充放電的性能分析41-42
• 3.2.5 試樣的EIS分析42-43
• 3.2.6 試樣的倍率性能分析43-44
• 3.2.7 試樣的循環(huán)性能分析44-45
• 3.3 小結(jié)45-46
• 第4章 活化劑對(duì)硬炭結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能影響的研究46-60
• 4.1 添加PEG活化劑制備硬炭基材料試驗(yàn)方法46
• 4.2 添加PEG活化劑制備硬炭基材料結(jié)果與討論46-54
• 4.2.1 PEG與PFNE共混物的熱解行為46-47
• 4.2.2 PEG與PF共混物的紅外結(jié)構(gòu)47-48
• 4.2.3 試樣的XRD分析48
• 4.2.4 試樣的形貌分析48-50
• 4.2.5 試樣的孔徑分布分析50-51
• 4.2.6 試樣的比表面積和孔徑分布與電化學(xué)性能間關(guān)系分析51-52
• 4.2.7 試樣的倍率性能分析52-54
• 4.2.8 試樣的循環(huán)性能分析54
• 4.3 添加KOH活化劑制備硬炭基材料的實(shí)驗(yàn)方法54-55
• 4.4 KOH活化劑制備硬炭基材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論55-59
• 4.4.1 試樣的結(jié)構(gòu)和形貌分析55-56
• 4.4.2 試樣的活化收率和振實(shí)密度分析56
• 4.4.3 試樣的比表面積和孔徑分布分析56-58
• 4.4.4 試樣的首次充放電和循環(huán)性能分析58-59
• 4.5 小結(jié)59-60
• 第5章 碳包覆對(duì)硬炭結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能影響的研究60-73
• 5.1 包覆碳源的篩選與其熱解過(guò)程分析60-61
• 5.1.1 包覆碳源的篩選60-61
• 5.1.2 PVDF的熱解過(guò)程分析61
• 5.2 包覆不同PVDF量的實(shí)驗(yàn)方法61-62
• 5.3 包覆不同量PVDF的結(jié)果和討論62-68
• 5.3.1 試樣的結(jié)構(gòu)分析62-63
• 5.3.2 試樣的形貌分析63
• 5.3.3 試樣的Raman分析63-64
• 5.3.4 試樣的CV分析64-65
• 5.3.5 試樣的EIS分析65
• 5.3.6 試樣的倍率性能分析65-66
• 5.3.7 試樣的首次充放電和循環(huán)性能測(cè)試分析66-68
• 5.4 不同熱解溫度包覆PVDF的實(shí)驗(yàn)方法68
• 5.5 不同熱解溫度包覆PVDF的結(jié)果和討論68-72
• 5.5.1 試樣的結(jié)構(gòu)分析68-69
• 5.5.2 試樣的形貌分析69-70
• 5.5.3 試樣的首次充放電和循環(huán)性能測(cè)試分析70-72
• 5.6 小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-83
• 致謝83-84
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄和參加的科研項(xiàng)目84

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本文編號(hào)：966767