本文關(guān)鍵詞：液態(tài)丙烯腈低聚物包覆石墨鋰離子電池負(fù)極材料的研究

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【摘要】：本課題利用一種聚合物碳化后的類石墨烯材料對石墨負(fù)極材料進(jìn)行包覆,并通過X-粉末衍射儀,掃描電鏡,透射電鏡,拉曼光譜,熱重分析儀和電化學(xué)充放電測試對樣品進(jìn)行一一表征和分析。分別研究了保溫時間,燒結(jié)溫度,液態(tài)丙烯腈低聚物的含量對石墨負(fù)極材料一系列性能的影響。取得的成果如下；1.研究液態(tài)丙烯腈低聚物(LPAN)的燒結(jié)溫度對其電化學(xué)性能的影響。首先對LPAN進(jìn)行了TG分析,其目的是為了找到LPAN的碳化溫度區(qū)間。在此溫度區(qū)間內(nèi)燒結(jié)后,對樣品進(jìn)行XRD和Raman光譜分析,以此確定碳材料的基本性質(zhì)。最后用不同燒結(jié)溫度得到的碳材料組裝電池,并進(jìn)行電化學(xué)性能測試。綜合以上工作,發(fā)現(xiàn)液態(tài)丙烯腈低聚物經(jīng)過一定溫度燒結(jié)后得到的碳材料呈現(xiàn)類石墨烯結(jié)構(gòu)。2.研究高純度石墨材料的基本性質(zhì)和作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。通過XRD分析,可以計算出其層間距doo2=0.3630nm。通過掃描電子顯微鏡的表征,可以清晰觀察到該石墨材料具有標(biāo)準(zhǔn)的石墨片層結(jié)構(gòu)。石墨負(fù)極材料使用不同粘結(jié)劑時,在經(jīng)過首次循環(huán)后的極片上會形成不同表面形貌的SEI膜。且在使用海藻酸鈉(SA)作為粘結(jié)劑時,極片上形成的SEI膜較為均勻,這樣更有利于提高電池的首次庫倫效率。經(jīng)過電化學(xué)性能測試后,使用海藻酸鈉作為粘結(jié)劑時,高純度石墨的首次庫倫效率為85%,比容量為40OmAh/g。3.研究液態(tài)丙烯腈低聚物包覆石墨改性的包覆量、燒結(jié)溫度和保溫時間。通過TEM、SEM和XRD的表征,確認(rèn)了液態(tài)丙烯腈低聚物可以均勻地包覆在石墨表面,提升石墨層狀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。相比于純石墨負(fù)極材料,10%的液態(tài)丙烯腈低聚物包覆石墨后在1000℃C下保溫4h所得到的石墨基鋰離子電池負(fù)極材料在電流密度為0.1C、0.5C、1.0C、3.0C和5.0C情況下,其比容量分別為490mAh/g、450mAh/g.400mAh/g、3 10mAh/g以及230mAh/g。且經(jīng)過包覆后,石墨負(fù)極材料的首次庫倫效率有所提升,純石墨負(fù)極材料的首次庫倫效率為85%,而液態(tài)丙烯腈包覆石墨負(fù)極材料的首次庫倫效率為88%。300次循環(huán)后的比容量依舊可以穩(wěn)定在490mAh/g。4.研究了氣相和液相氧化方法對石墨進(jìn)行表面氧化后所產(chǎn)生的影響和變化。通過TG分析,確定了對石墨進(jìn)行氣相表面氧化的溫度應(yīng)低于550℃C,當(dāng)溫度高于550℃C時,石墨會快速失重。后通過TEM、XRD、SEM和EDS分析,說明表面氧化可以改變石墨的表面形貌,使石墨的含氧量增。并且由于表面氧化的溫度較低,可以使石墨的氧化程度介于普通石墨和氧化石墨之間。通過Raman光譜分析,可以解釋SEM照片中破碎的石墨微片,通過計算D峰和G峰的強(qiáng)度比,可以分析出石墨的缺陷程度,而經(jīng)過350℃氧化后的石墨材料缺陷程度較大。最后經(jīng)過電化學(xué)性能測試,可以得出結(jié)論,對石墨進(jìn)行表面氧化,無論何種氧化方法,均對石墨材料的首次庫倫效率和比容量有所改善。5.主要探究了將表面氧化和液態(tài)丙烯腈包覆兩種方法同時應(yīng)用于石墨負(fù)極材料的改性時,能對石墨基鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能產(chǎn)生何種變化。不難發(fā)現(xiàn),液態(tài)丙烯腈低聚物包覆石墨后,能使其循環(huán)性能和倍率性能有所提升；而表面氧化則可以提升石墨負(fù)極材料的首次庫倫效率和比容量。將石墨負(fù)極材料進(jìn)行表面氧化和包覆改性后,首次庫倫效率、循環(huán)性能和倍率性能均呈現(xiàn)了上升趨勢。該負(fù)極材料在保留液態(tài)丙烯腈低聚物包覆石墨鋰離子電池負(fù)極材料的較好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性的前提下,在一定程度上提升了比容量。該負(fù)極材料在電流密度為01C、0.5C、1.0C、3.0C和5.0C情況下的比容量分別是51OmAh/g、405mAh/g、400mAh/g、250mAh/g和180mAh/g。首次庫倫效率為91%,首次比容量為510mAh/g。經(jīng)過300次循環(huán)后,比容量基本可以維持在510mAh/g。與純石墨負(fù)極材料相比,比容量和首次庫倫效率均有一定提升。
【關(guān)鍵詞】：石墨 液態(tài)丙烯腈低聚物 包覆 表面氧化
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 鋰離子電池的介紹13-16
• 1.1.1 鋰離子電池的發(fā)展13-14
• 1.1.2 鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)14
• 1.1.3 鋰離子電池的工作原理14-15
• 1.1.4 鋰離子電池的應(yīng)用前景15-16
• 1.2 鋰離子電池正極材料簡介16-19
• 1.2.1 橄欖石結(jié)構(gòu)——LiMPO_4(M=Mn,Co,Fe,Ni)17-18
• 1.2.2 正硅酸鹽——Li_2MSiO_4(M=Fe,Mn,Co)18
• 1.2.3 錳酸鋰——LiMn_2O_418-19
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料簡介19-26
• 1.3.1 非碳基負(fù)極材料19-21
• 1.3.2 碳基負(fù)極材料21-24
• 1.3.3 石墨負(fù)極材料的改性方法24-26
• 1.4 本課題研究的目的及主要內(nèi)容26-27
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分27-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備27-28
• 2.2 液態(tài)聚丙烯腈碳負(fù)極材料的制備28
• 2.3 石墨改性負(fù)極材料的制備28-29
• 2.3.1 氣相氧化石墨負(fù)極材料28-29
• 2.3.2 液相氧化石墨負(fù)極材料29
• 2.3.3 LPAN包覆石墨改性負(fù)極材料29
• 2.4 樣品表征及電化學(xué)性能測試29-32
• 2.4.0 熱重分析(TG)29
• 2.4.1 掃描電子顯微鏡分析和能譜分析(SEM和EDS)29-30
• 2.4.2 透射電子顯微鏡分析(TEM)30
• 2.4.3 拉曼光譜衍射技術(shù)(Raman)30
• 2.4.4 X射線衍射分析(XRD)30-31
• 2.4.5 電化學(xué)性能測試31-32
• 第3章 液態(tài)丙烯腈低聚物(LPAN)熱解碳材料作為負(fù)極材料的研究32-41
• 3.1 LPAN樣品的TG分析32-33
• 3.2 LPAN制備類石墨烯樣品XRD分析33-34
• 3.3 LPAN制備類石墨烯樣品Raman分析34-36
• 3.4 LPAN制備類石墨烯樣品TEM形貌分析36
• 3.5 LPAN在不同溫度下制備類石墨烯樣品的電化學(xué)性能36-39
• 3.5.1 充放電性能測試36-37
• 3.5.2 LPAN制備類石墨烯樣品的循環(huán)性能37-38
• 3.5.3 C_(1300)的倍率性能38-39
• 3.7 本章小結(jié)39-41
• 第4章 高純度石墨負(fù)極材料的研究41-48
• 4.1 高純石墨的XRD分析41-42
• 4.2 高純度石墨的SEM及EDS分析42-43
• 4.3 不同粘結(jié)劑對高純石墨負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響43-47
• 4.3.1 高純石墨的首次充放電分析43
• 4.3.2 使用不同粘結(jié)劑形成的SEI膜的SEM分析43-44
• 4.3.3 高純石墨的循環(huán)性能44-45
• 4.3.4 高純石墨的倍率性能45-47
• 4.4 本章小結(jié)47-48
• 第5章 高純度石墨的液態(tài)丙烯腈低聚物(LPAN)包覆改性48-58
• 5.1 不同比例LPAN包覆石墨前驅(qū)體的XRD分析48-49
• 5.2 不同比例LPAN包覆石墨前驅(qū)體的SEM分析49-50
• 5.3 LPAN包覆石墨前驅(qū)體的TEM分析50-51
• 5.4 溫度、比例和時間對LPAN包覆高純石墨電化學(xué)性能的影響51-56
• 5.4.1 探索LPAN包覆石墨的包覆比例和燒結(jié)溫度51-54
• 5.4.2 探索LPAN包覆石墨的保溫時間54
• 5.4.3 液態(tài)丙烯腈低聚物包覆石墨的倍率性能54-55
• 5.4.4 LPAN包覆石墨的循環(huán)性能55-56
• 5.5 本章小結(jié)56-58
• 第6章 高純度石墨的表面氧化改性58-66
• 6.1 高純度石墨的TG分析58-59
• 6.2 氣相和液相氧化石墨材料的XRD分析59
• 6.3 氣相和液相氧化石墨材料的SEM和EDS分析59-60
• 6.4 氧化石墨材料的TEM分析60-61
• 6.5 氣相和液相氧化石墨材料的Raman分析61-62
• 6.6 不同氧化方法對高純石墨負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響62-65
• 6.6.1 氣相和液相氧化石墨材料的循環(huán)性能62-63
• 6.6.2 氣相和液相氧化石墨材料的倍率性能63-65
• 6.7 本章小結(jié)65-66
• 第7章 表面氧化石墨的液態(tài)丙烯腈低聚物包覆改性66-71
• 7.1 LPAN包覆表面氧化石墨負(fù)極材料的首次充放電性能66-67
• 7.2 LPAN包覆表面氧化石墨負(fù)極材料的循環(huán)性能67-69
• 7.3 LPAN包覆表面氧化石墨負(fù)極材料的倍率性能69
• 7.4 本章小結(jié)69-71
• 結(jié)論71-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 致謝80

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 柳翱;巴曉微;劉穎;趙振波;;BET容量法測定固體比表面積[J];長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年02期

2 ;《化學(xué)學(xué)報》總目次[J];化學(xué)學(xué)報;2013年12期

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本文編號：813257