發(fā)布時(shí)間：2022-01-21 05:29

　　目前,中間相炭微球廣泛用作鋰離子電池的負(fù)極材料。與鋰離子電池相比,鈉離子電池具有鈉源豐富、成本低等特點(diǎn),具有很大應(yīng)用前景。但是,由于鈉離子直徑較大,難于進(jìn)入天然石墨或石墨化的中間相炭微球?qū)娱g。如果在較低溫度下炭化中間相炭微球,使中間相炭微球保持較大層間距,方便鈉離子的嵌入和脫出,使得中間相炭微球能用作鈉離子電池負(fù)極材料。本文通過(guò)對(duì)中間相炭微球進(jìn)行表面改性以及摻氮處理,提高中間相炭微球表面孔徑、或者增大其表面缺陷,從而提高其作為鈉離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。研究中,利用中間相炭微球生球混合NaOH后在650℃進(jìn)行炭化處理,與沒(méi)有NaOH蝕刻的炭化對(duì)照樣品相比,NaOH蝕刻的中間相炭微球具有明顯的表面裂紋,表面出現(xiàn)更多中孔（直徑⁵ nm）結(jié)構(gòu),其層間距由342 pm提高為356 pm。較大的層間距有利于鈉離子和電子的傳輸,因此NaOH蝕刻的中間相炭微球作為鈉離子電池的負(fù)極材料,具有較高的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。電流密度為15 mA g^-1時(shí),其首次充電/放電比容量為249/441 mAh g^-1,庫(kù)倫效率為56.5%,循環(huán)60圈... 

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紐扣式鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖

圖 1-1 紐扣式鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-1 Images of button lithium-ion battery structure鋰離子電池的正極材料通常是多為層狀結(jié)構(gòu)或者由隧道的結(jié)構(gòu)的材料，負(fù)極一般為石墨型材料。如圖 1-2 所示，在電池的充電時(shí)，由于外加電場(chǎng)使得電池成為濃差電池，正極材料活性物質(zhì)中的部分 Li+脫離正極材料的晶格，進(jìn)入電解液，之后通過(guò)隔膜進(jìn)入到負(fù)極碳材料形成 LixC 化合物，在電化學(xué)測(cè)試時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的是電壓上升。在電池放電時(shí)，由于電池此時(shí)擁有高的自由能，負(fù)極的 LixC化合物中的 Li+會(huì)發(fā)生脫出，通過(guò)電解液與隔膜進(jìn)入到正極，此時(shí)的電子則是由外電路到達(dá)正極，電子會(huì)與到達(dá)正極的 Li+生產(chǎn)正極活性物質(zhì)，表現(xiàn)出的電化學(xué)行為是電壓降低。通常情況下，鋰離子在正極層狀或隧道狀以及負(fù)極層狀的石墨之間進(jìn)行嵌入以及脫出時(shí)，不會(huì)發(fā)生破壞正極與負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)，只是引起層間距的變化。

第 1 章 緒論總稱。軟碳一般有較大的層間距以及較小的層平面，層平面上面有空穴或者雜原子等缺陷，這些特征可以使得 Li+的擴(kuò)散速度加快，有利于鋰離子電池的快充快放特性[23,42]。而硬碳材料通常是指難石墨化的炭，即使在 2500 ℃以上也是難以發(fā)生石墨化，是一類高分子聚合物的熱解炭，表現(xiàn)為一種尺寸不同的二維亂層微晶堆積的鑲嵌體結(jié)構(gòu)[23,43]。與軟碳不同，硬碳一般表面多孔，有利于鋰離子的嵌入，通常在 700～800 ℃時(shí)出現(xiàn)的比容量最高，但是在材料中總是含有碳、氫、氧等雜原子，這會(huì)使得材料在作為負(fù)極時(shí)造成不可逆容量的增加。無(wú)論是軟碳還是硬碳，在低溫時(shí)都會(huì)顯示出較高的可逆容量，通過(guò)研究表明主要是因?yàn)椴牧系膬?chǔ)鋰機(jī)理，除了通常的作為層狀材料有儲(chǔ)鋰性能外，還有界面、間隙以及缺陷儲(chǔ)鋰等機(jī)鋰[44,45]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]鋰離子電池材料的相關(guān)研究[D]. 丁寧.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2009
[3]中間相炭微球的制備及其電化學(xué)性能的研究[D]. 王紅強(qiáng).中南大學(xué) 2003
[4]鋰離子電池炭負(fù)極材料的制備與性能及應(yīng)用研究[D]. 郭華軍.中南大學(xué) 2001

碩士論文
[1]多級(jí)孔碳和搖鈴型Fe3O4@Fe3C-C異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及電化學(xué)性能優(yōu)化[D]. 王凱熙.鄭州大學(xué) 2016
[2]鋰電負(fù)極石墨烯基復(fù)合材料的制備及其性能研究[D]. 韓倩琰.上海交通大學(xué) 2014
[3]中間相炭微球制備與形成機(jī)理的研究[D]. 王紅玉.太原理工大學(xué) 2008



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