本文選題：鋰離子電池　切入點：負(fù)極材料　出處：《江西師范大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鋰離子電池作為一種新型的化學(xué)電源，具有工作電壓高、比能量大、放電電位曲線平穩(wěn)、自放電小、循環(huán)壽命長、低溫性能好、無記憶、無污染等突出的優(yōu)點，能夠滿足人們對便攜式電器所需要的電池小型輕量化和有利于環(huán)保的雙重要求，廣泛用于移動通訊、筆記本電腦等小型電子裝置，也是未來電動交通工具使用的理想電源。負(fù)極材料作為鋰離子電池的主要組成部分，其性能的好壞直接影響電池的性能，高容量、可靠循環(huán)性的負(fù)極材料成為人們的研究重點。石墨是目前主流的商業(yè)化鋰電負(fù)極材料，但由于石墨本身結(jié)構(gòu)特性的制約，石墨負(fù)極材料的發(fā)展也遇到了瓶頸，比如比容量已經(jīng)到達(dá)極限、不能滿足大型動力電池所要求的持續(xù)大電流放電能力等，因此人們開始把目光投向硬碳和非碳材料。而硬碳材料由于在安全和循環(huán)壽命方面顯示出較好的性能，具有較強的研究意義。 低溫碳化微球是一種無定形球狀硬碳材料，其制備方法如下：（1）以丙烯腈為單體，經(jīng)乳液聚合法制備出聚丙烯腈納米球；（2）將聚丙烯腈納米球經(jīng)過預(yù)氧化及低溫碳化等一系列處理，即可得到的一種球狀硬碳材料。該過程具有制備方法簡單，成本低以及環(huán)保無毒等優(yōu)點，材料也具有尺寸均勻，直徑范圍可控，并可實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。本文將自制的低溫碳化微球用作鋰離子電池負(fù)極材料，研究了碳化溫度、導(dǎo)電劑的性能、碳酸鈣（CaCO3）造孔、摻入碳酸鋰（Li2CO3）以及納米硅粉（Si）的摻雜等處理對碳微球電化學(xué)性能的影響。 主要研究工作如下： 1.通過控制碳微球的碳化溫度(500℃-900℃)，研究碳化溫度對其電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示，隨著碳化溫度的提高，碳微球的石墨化程度提高，電導(dǎo)率也提高。其比容量逐漸下降，循環(huán)穩(wěn)定性增加。當(dāng)碳化溫度為600℃時，循環(huán)性能有較大的改善，首次充電容量達(dá)383.6mAh/g,經(jīng)過50次循環(huán)后仍保留310mAh/g。 2.將導(dǎo)電炭黑、分散的碳納米管以及碳納米管粉末等導(dǎo)電劑摻入電極，研究導(dǎo)電劑形狀及分散效果對碳微球電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：棒狀碳納米管更有利于空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，，首次充電比容量達(dá)到410mAh/g,表現(xiàn)出比383mAh/g的導(dǎo)電炭黑更優(yōu)的性能,而分散的碳納米管的首次充電比容量可達(dá)455mAh/g,經(jīng)過50次循環(huán)后仍能保持360mAh/g。 3.利用碳酸鈣(CaCO3)為模板對碳微球進(jìn)行造孔，探討形貌、比表面積以及微孔百分比對碳微球電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示碳化前、后刻蝕模板劑碳酸鈣產(chǎn)生明顯的效果，影響碳微球中微孔百分比。其中碳化后刻蝕的碳微球的首次充電比容量可達(dá)620mAh/g,經(jīng)過50次循環(huán)后仍能保留520mAh/g,相對純的碳微球有明顯的提高。 4.通過直接法和乳液聚合法研究了碳酸鋰摻入量對碳微球的電化學(xué)性能的影響。由結(jié)果可知，直接法加入碳酸鋰的碳微球會在其表面及微孔內(nèi)形成碳酸鋰鹽層，有利于SEI膜的形成，當(dāng)碳酸鋰量為4%時，材料的電化學(xué)性能較好，首次充電比容量可達(dá)到505mAh/g。乳液聚合摻入碳酸鋰則不會覆蓋微孔，但仍能在微球表面形成SEI膜。當(dāng)碳酸鋰的摻入量為2%（即碳酸鋰在碳微球中為3.4%）時，材料的電化學(xué)性能最佳，此時首次充電容量可達(dá)到530mAh/g，其經(jīng)過50次循環(huán)仍保留440mAh/g。 5.以納米硅粉為種子，丙烯腈為單體進(jìn)行種子乳液聚合制備PAN-Si復(fù)合材料，再將PAN-Si復(fù)合材料經(jīng)碳化后制備碳硅復(fù)合材料，研究碳硅復(fù)合材料中硅含量對其電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著硅含量的增加，復(fù)合材料的首次容量增加，循環(huán)性能下降，不同電流密度下表現(xiàn)更加明顯。而當(dāng)摻入硅的含量為5%（即硅占硅碳復(fù)合物7.5%）時，此時材料的綜合電化學(xué)性能最好，盡管經(jīng)過50次循環(huán)仍能保留570mA/g,擁有優(yōu)異的循環(huán)性能，也具有較高的充電比容量。
[Abstract]:Lithium ion battery is a new type of chemical power source, has a high working voltage, high specific energy, stable discharge potential curve, small self discharge, long cycle life, low temperature performance, no memory, no pollution and other prominent advantages, can meet the need of people portable electric battery small and light and has the dual requirements for environmental protection, are widely used in mobile communications, a small electronic device for notebook computer, but also the future of electric vehicles using the ideal power. As the main part of anode materials for lithium ion battery, its performance will directly influence the performance of the high capacity battery, anode materials and reliable of the circulation has become a research focus. The graphite is the current mainstream commercial lithium ion battery anode material, but due to the restriction of structure characteristics of graphite, graphite anode material development has encountered a bottleneck, such as capacity has reached the pole The limit can not satisfy the continuous high current discharge capacity required by large power battery, so people began to focus on hard carbon and non carbon materials. Hard carbon materials have strong research significance because of their good performance in terms of safety and cycle life.
Low temperature carbonization microsphere is a kind of amorphous spherical hard carbon material, its preparation method is as follows: (1) with acrylonitrile as monomer was prepared by emulsion polymerization of polyacrylonitrile nano spheres; (2) the polyacrylonitrile nanospheres after pre oxidation and low-temperature carbonization of a series of processing, a spherical hard carbon material can be obtained to. This process has the advantages of simple preparation method, low cost and environmentally friendly non-toxic materials, with uniform size and controllable diameter range, and can realize the large-scale industrial production. The low temperature carbonization of homemade microspheres as anode material for lithium ion batteries, carbonization temperature on properties of conductive agent, calcium carbonate (CaCO3 pore,) doped lithium carbonate (Li2CO3) and nanometer silica fume (Si) effects of doping treatment on the electrochemical properties of carbon microspheres.
The main research work is as follows:
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本文編號：1559357