本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池碳負(fù)極材料的制備與性能研究

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【摘要】：綠色新能源的發(fā)展對(duì)電池材料提出了更高的要求,天然石墨因其價(jià)格低廉、容量較高、循環(huán)性能好以及環(huán)保無(wú)害等特點(diǎn)成為了鋰離子電池負(fù)極材料的理想選擇,但是,石墨負(fù)極材料存在著首次充放電不可逆比容量大、高倍率充放電庫(kù)倫效率低等一些缺陷。本論文對(duì)石墨負(fù)極材料的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn),采用氧化、包覆和摻雜的方式改性材料,利用XRD、SEM、首次充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等測(cè)試方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)用濃硫酸氧化、酚醛樹脂包覆的方法改善天然石墨的形貌缺陷,提高材料的電性能。討論不同包覆量、不同煅燒溫度以及不同煅燒時(shí)間對(duì)材料性能的影響,在電壓0.005V-2.000V、倍率為0.1C、0.2C、0.5C和1C條件下對(duì)材料進(jìn)行測(cè)試,通過(guò)分析可知,天然石墨經(jīng)氧化后性能變好,在氧化的基礎(chǔ)上,13%包覆量、800℃煅燒7h的優(yōu)化條件下制備的材料性能最佳。天然石墨經(jīng)氧化后表面變的平整,粒子排列有序,結(jié)晶度提高,在0.1C倍率測(cè)試下首次充放電比容量為319m Ah·g~(-1)和333m Ah·g~(-1),首次庫(kù)倫效率高達(dá)95.7%,相對(duì)于天然石墨提高了3.4%。優(yōu)化的包覆材料在0.1C、0.2C、0.5C和1C倍率下測(cè)得的首次充放電比容量分別為398m Ah·g~(-1)和421m Ah·g~(-1)、364m Ah·g~(-1)和388m Ah·g~(-1)、323m Ah·g~(-1)和358m Ah·g~(-1)、221m Ah·g~(-1)和251m Ah·g~(-1),20次循環(huán)后放電比容量分別保持為406m Ah·g~(-1)、364m Ah·g~(-1)、320m Ah·g~(-1)和206m Ah·g~(-1),第20次循環(huán)的充放電庫(kù)侖效率分別為92.01%、89.02%、86.24%和75.58%。對(duì)氧化石墨進(jìn)行摻雜改性,制備錫-石墨復(fù)合材料,討論摻雜不同氧化石墨、不同摻雜量和不同煅燒溫度對(duì)材料性能的影響,經(jīng)分析測(cè)試結(jié)果可知,相對(duì)于濃硝酸和30%濃度雙氧水,濃硫酸的氧化效果最好,Sn Cl2與氧化石墨1:6的摩爾質(zhì)量比、500℃煅燒溫度條件下優(yōu)化的材料性能較好。摻雜濃硫酸氧化的材料的晶型結(jié)構(gòu)和表面形貌較好,阻抗較小,循環(huán)性能得到提高,在0.1C測(cè)試倍率下首次放電比容量達(dá)到859m Ah·g~(-1),相對(duì)于H2O2和HNO3氧化制備的材料分別提高了113m Ah·g~(-1)和76m Ah·g~(-1),0.2C、0.5C和1C倍率下首次放電比容量分別為809m Ah·g~(-1)、761m Ah·g~(-1)和627m Ah·g~(-1)。優(yōu)化條件下制備的電極材料在0.1C、0.2C、0.5C和1C測(cè)試倍率下的首次放電比容量分別為1206m Ah·g~(-1)、1126m Ah·g~(-1)、988m Ah·g~(-1)和602m Ah·g~(-1),20次循環(huán)后的放電比容量分別保持為953m Ah·g~(-1)、885m Ah·g~(-1)、749m Ah·g~(-1)和451m Ah·g~(-1)。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 石墨 改性
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O611.4;TM912
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第1章 緒論14-28
• 1.1 引言14
• 1.2 鋰離子電池的簡(jiǎn)介14-18
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展概述14-15
• 1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及組成15-16
• 1.2.3 鋰離子電池的工作原理16-17
• 1.2.4 鋰離子電池的特點(diǎn)17-18
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料的選取18
• 1.4 鋰離子電池負(fù)極材料的種類18-20
• 1.4.1 碳素類材料18-19
• 1.4.2 金屬鋰負(fù)極材料19
• 1.4.3 氮化物負(fù)極材料19
• 1.4.4 鈦基負(fù)極材料19
• 1.4.5 錫基負(fù)極材料19-20
• 1.4.6 硅基負(fù)極材料20
• 1.5 石墨負(fù)極材料概述20-27
• 1.5.1 石墨負(fù)極材料嵌鋰機(jī)理21-23
• 1.5.2 石墨負(fù)極材料的改性處理23-27
• 1.6 本論文的選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容27-28
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料及測(cè)試方法28-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器28-29
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品和試劑28-29
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)所用儀器29
• 2.2 電極材料的微觀結(jié)構(gòu)表征29-30
• 2.2.1 X射線晶體衍射分析（XRD）29-30
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡表征(SEM)30
• 2.3 電池的組裝30-31
• 2.3.1 負(fù)極片的制備30
• 2.3.2 電解液和隔膜30
• 2.3.3 電池的組裝30-31
• 2.4 電池的電性能測(cè)試31-34
• 2.4.1 恒流充放電性能測(cè)試(D-C)31-32
• 2.4.2 交流阻抗測(cè)試(EIS)32
• 2.4.3 循環(huán)伏安測(cè)試(CV)32-34
• 第3章 鋰電池石墨負(fù)極的氧化及包覆改性研究34-54
• 3.1 氧化天然石墨的制備與性能分析35-38
• 3.1.1 天然石墨經(jīng)氧化處理前后的SEM分析35-36
• 3.1.2 天然石墨經(jīng)氧化處理前后的首次充放電分析36
• 3.1.3 天然石墨經(jīng)氧化處理前后的循環(huán)性能分析36-37
• 3.1.4 天然石墨經(jīng)氧化處理前后的交流阻抗分析37-38
• 3.2 不同包覆比例對(duì)制備材料性能的影響38-42
• 3.2.1 不同包覆比例制備材料的XRD分析38-39
• 3.2.2 不同包覆比例制備材料的SEM分析39-40
• 3.2.3 不同包覆比例制備材料的首次充放電分析40-41
• 3.2.4 不同包覆比例制備材料的循環(huán)性能分析41-42
• 3.2.5 不同包覆比例制備材料的交流阻抗分析42
• 3.3 不同煅燒溫度對(duì)制備材料性能的影響42-46
• 3.3.1 不同煅燒溫度下制備材料的XRD分析43
• 3.3.2 不同煅燒溫度下制備材料的SEM圖43-44
• 3.3.3 不同煅燒溫度下制備材料的首次充放電分析44-45
• 3.3.4 不同煅燒溫度下制備材料的循環(huán)性能分析45-46
• 3.3.5 不同煅燒溫度下制備材料的交流阻抗分析46
• 3.4 不同煅燒時(shí)間對(duì)制備材料性能的影響46-50
• 3.4.1 不同煅燒時(shí)間下制備材料的XRD分析46-47
• 3.4.2 不同煅燒時(shí)間下制備材料的SEM分析47
• 3.4.3 不同煅燒時(shí)間下制備材料的首次充放電分析47-48
• 3.4.4 不同煅燒時(shí)間下制備材料的循環(huán)性能分析48-49
• 3.4.5 不同煅燒時(shí)間下制備材料的交流阻抗分析49-50
• 3.5 優(yōu)化條件下制備材料的性能研究50-53
• 3.5.1 優(yōu)化條件下制備材料的不同倍率充放電性能分析50-51
• 3.5.2 優(yōu)化條件下制備材料的不同倍率循環(huán)性能分析51-52
• 3.5.3 優(yōu)化條件下制備材料的循環(huán)伏安分析52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 摻雜對(duì)鋰離子電池石墨負(fù)極材料性能的影響54-70
• 4.1 不同氧化劑制備錫-石墨復(fù)合材料的性能研究54-60
• 4.1.1 不同氧化劑制備錫-石墨復(fù)合材料的XRD分析54-55
• 4.1.2 不同氧化劑制備錫-石墨復(fù)合材料的SEM分析55-56
• 4.1.3 不同氧化劑制備錫-石墨復(fù)合材料的首次充放電分析56
• 4.1.4 不同氧化劑制備錫-石墨復(fù)合材料的循環(huán)性能分析56-57
• 4.1.5 不同氧化劑制備錫-石墨復(fù)合材料的交流阻抗分析57-58
• 4.1.6 不同氧化劑制備錫-石墨復(fù)合材料不同倍率下放電分析58-60
• 4.1.7 濃硫酸氧化制備錫-石墨復(fù)合材料的循環(huán)伏安分析60
• 4.2 不同摻雜量制備錫-石墨復(fù)合材料的性能研究60-64
• 4.2.1 不同摻雜量制備錫-石墨復(fù)合材料的XRD分析60-61
• 4.2.2 不同摻雜量制備錫-石墨復(fù)合材料的SEM分析61-62
• 4.2.3 不同摻雜量制備錫-石墨復(fù)合材料的首次充放電分析62-63
• 4.2.4 不同摻雜量制備錫-石墨復(fù)合材料的循環(huán)性能分析63-64
• 4.2.5 不同摻雜量制備錫-石墨復(fù)合材料的交流阻抗分析64
• 4.3 不同煅燒溫度制備錫-石墨復(fù)合材料的性能研究64-67
• 4.3.1 不同煅燒溫度制備錫-石墨復(fù)合材料的SEM分析64-65
• 4.3.2 不同煅燒溫度制備錫-石墨復(fù)合材料的首次充放電分析65-66
• 4.3.3 不同煅燒溫度制備錫-石墨復(fù)合材料的循環(huán)分析66-67
• 4.4 優(yōu)化的錫-石墨復(fù)合材料在不同倍率下的放電性能分析67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果78-79
• 致謝79-80

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本文編號(hào)：1085456