隨著電動(dòng)汽車行業(yè)的迅速發(fā)展,作為動(dòng)力供給的鋰離子電池已經(jīng)無法滿足發(fā)展需求,這很大程度上歸因于電極材料儲(chǔ)鋰性能較差。石墨烯作為一種新興材料,具有高導(dǎo)電性、大比表面積、柔性等優(yōu)良特性,是鋰離子電池負(fù)極的理想材料。然而,二維石墨烯片層間極易發(fā)生團(tuán)聚,因而減少了其參與反應(yīng)的有效面積和活性位點(diǎn)。制備三維石墨烯是解決該問題的有效方法。三維石墨烯普遍具有多孔結(jié)構(gòu),石墨烯片間不易團(tuán)聚,并且有利于反應(yīng)離子的擴(kuò)散。本文制備出了一種具有表面石墨烯結(jié)構(gòu)的泡沫碳,并且發(fā)現(xiàn)材料具有良好的儲(chǔ)鋰性能。在前軀體制備過程中,通過對傳統(tǒng)工藝改進(jìn),縮短了泡沫體制備的工藝周期。本文選用聚丙烯腈為溶質(zhì),順丁烯二酸酐為溶劑,通過熱誘導(dǎo)相分離先得到固體混合物;隨后選擇蒸餾水作為萃取劑,除去原溶劑;最后用冷凍干燥的方法除去蒸餾水,得到高孔隙率的聚丙烯腈泡沫。對聚丙烯腈泡沫進(jìn)行碳化,通過調(diào)整碳化工藝,實(shí)現(xiàn)了聚合物裂解泡沫碳表面的石墨烯化。本文詳細(xì)研究了碳化溫度,氣氛和時(shí)間對泡沫碳表面石墨烯結(jié)構(gòu)的影響。研究中發(fā)現(xiàn)提高溫度,增大氨氣流量以及延長碳化時(shí)間都可以顯著提高材料結(jié)晶性;同時(shí),材料表面結(jié)構(gòu)的粗糙度不斷提升,泡沫碳表面石墨烯化程度增加;... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 石墨烯材料的結(jié)構(gòu)與分類
        1.2.2 三維石墨烯的制備方法及應(yīng)用現(xiàn)狀
        1.2.3 鋰離子電池的原理及分類
        1.2.4 鋰離子電池碳基負(fù)極研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)部分
    2.1 實(shí)驗(yàn)藥品及試劑
    2.2 主要儀器和設(shè)備
    2.3 材料制備方法
        2.3.1 熱誘導(dǎo)相分離法
        2.3.2 聚丙烯腈泡沫的制備
        2.3.3 泡沫碳的制備
    2.4 結(jié)構(gòu)表征方法
        2.4.1 掃描電子顯微鏡
        2.4.2 透射電子顯微鏡
        2.4.3 拉曼光譜
        2.4.4 X射線衍射法
        2.4.5 X射線光電子能譜
        2.4.6 氮吸附/脫附等溫曲線
    2.5 電化學(xué)性能測試方法
        2.5.1 循環(huán)伏安法
        2.5.2 交流阻抗法
        2.5.3 恒流充放電測試
第3章 碳化工藝對泡沫碳及其表面石墨烯結(jié)構(gòu)的影響
    3.1 引言
    3.2 聚丙烯腈泡沫的制備
    3.3 碳化溫度的影響
        3.3.1 SEM結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 TEM結(jié)構(gòu)分析
        3.3.3 Raman結(jié)構(gòu)分析
    3.4 碳化氣源的影響
        3.4.1 SEM結(jié)構(gòu)分析
        3.4.2 TEM結(jié)構(gòu)分析
        3.4.3 XRD圖譜分析
        3.4.4 Raman圖譜分析
        3.4.5 XPS圖譜分析
        3.4.6 氮?dú)饷撐角�分析
    3.5 碳化時(shí)間的影響
        3.5.1 SEM結(jié)構(gòu)分析
        3.5.2 TEM結(jié)構(gòu)分析
        3.5.3 Raman圖譜分析
    3.6 本章小結(jié)
第4章 表面石墨烯結(jié)構(gòu)泡沫碳儲(chǔ)鋰性能的研究
    4.1 引言
    4.2 碳化溫度對表面石墨烯結(jié)構(gòu)泡沫碳儲(chǔ)鋰性能的影響
        4.2.1 循環(huán)伏安測試
        4.2.2 交流阻抗測試
        4.2.3 恒流充放電測試
    4.3 碳化氣氛對表面石墨烯結(jié)構(gòu)泡沫碳儲(chǔ)鋰性能的影響
        4.3.1 循環(huán)伏安測試
        4.3.2 交流阻抗測試
        4.3.3 其他電化學(xué)性能測試
    4.4 碳化時(shí)間對表面石墨烯結(jié)構(gòu)泡沫碳儲(chǔ)鋰性能的影響
        4.4.1 循環(huán)伏安測試
        4.4.2 交流阻抗測試
        4.4.3 恒流充放電測試
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池發(fā)展現(xiàn)狀及其前景分析[J]. 閆金定.  航空學(xué)報(bào). 2014(10)
[2]鋰電池發(fā)展簡史[J]. 黃彥瑜.  物理. 2007(08)
[3]電池技術(shù)的發(fā)展及展望[J]. 楊繼光,馬麗娟,陳巍.  寧夏工程技術(shù). 2003(03)
[4]熱誘導(dǎo)相分離法制備高分子微孔膜的原理與進(jìn)展[J]. 駱峰,張軍,王曉琳,許仲梓.  南京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2001(04)



本文編號：3187311