21世紀(jì)人類面臨著能源和環(huán)境兩大挑戰(zhàn),因此開發(fā)新一代高效清潔的可再生新能源是實(shí)現(xiàn)人類社會高效和可持續(xù)發(fā)展的必然要求。由于鋰電池存在鋰資源稀缺,以及高成本和安全性等問題,因此作為下一代超高容量電池的可充放電鋁離子電池,引起了關(guān)注和研究。鋁離子電池具有理論能量密度高（8046 m Ah/cm3）,儲量廣泛,成本低廉,安全可靠的特點(diǎn)。目前,鋁離子電池正極材料的研究,主要分為過渡金屬氧化物,硫氯化物,以及碳材料等方向。本文首先以導(dǎo)電碳?xì)譃檎龢O材料,通過測試多種集流體、負(fù)極材料、隔膜、電解液以及封裝工藝,制作出了可以循環(huán)穩(wěn)定使用的鋁離子電池結(jié)構(gòu)。然后采取用這種制備工藝,對人工石墨薄膜,碳纖維紙和導(dǎo)電碳?xì)诌M(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明人工石墨首次放電能力好,循環(huán)保持能力極差;碳纖維紙放電比容量較低,但是循環(huán)穩(wěn)定性良好,放電比容量隨著循環(huán)不斷增長;碳?xì)置芏却?放電比容量低。綜合來看碳纖維紙的整體性能最為良好,因此選擇其作為鋁離子電池的正極材料進(jìn)行改性處理,以提高電池的性能。本文進(jìn)而對碳纖維紙進(jìn)行造孔和表面處理。首先采用熱氧化的方法進(jìn)行處理,隨著溫度的升高,最先發(fā)生反應(yīng)的是碳纖維表面存在結(jié)構(gòu)缺陷的區(qū)域,碳纖維... 

【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)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

FeS2充放電反應(yīng)理論模型（55℃）

圖 1-3 碳正極材料鋁離子電池充放電過程示意圖[36]由于石墨烯具有良好的物理，機(jī)械和電化學(xué)性能，良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，高的比表面積，石墨烯已經(jīng)成為了電池領(lǐng)域的一個可行選擇。Dai 等[38]使用三維石墨烯材料作為鋁離子電池的正極和負(fù)極材料。具有 70mAhg-1的較高比容量，庫倫效率超過 98%，而且是在鋁離子電池第一次具有 2 V 的高放電平臺。同時具有柔性結(jié)構(gòu)的三維石墨烯材料，顯示出非常穩(wěn)定的循環(huán)壽命。他們將 AlCl3與[EMIm] Cl的摩爾比優(yōu)化確定為 1.3，同時證明了較高含水量會導(dǎo)致庫倫效率的降低。Yang 等[39]采用了一種獨(dú)特的方法，使用泡沫鎳通過化學(xué)氣相沉積 CVD 的方法，來制備三維石墨烯結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整泡沫鎳的孔徑大小和電鍍時間，來優(yōu)化三維石墨烯的結(jié)構(gòu)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)通過增加三維石墨烯的密度，導(dǎo)電率能夠提高。這種正極材料在 3000 mA g-1的電流密度下，具有 57 mAh g-1的容量，并且能在兩百個循環(huán)周期內(nèi)保持很高的庫倫效率。然而這些石墨烯材料雖然表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，但是放電比容量只能達(dá)到 60~66mAhg-1。為了進(jìn)一步提高鋁離子電池的放電能力，Yu[40]等人采用等離

圖 1-4 鋁/石墨電池的結(jié)構(gòu)示意圖[38]極材料在鋁離子電池中，具有循環(huán)穩(wěn)定性好，充放電倍率高，放天然石墨表現(xiàn)出良好的容量，但是循環(huán)壽命低，平均電壓低。商達(dá)到較高的工作電壓但是會發(fā)生結(jié)構(gòu)分解、體積膨脹和自放電的熔融鹽的環(huán)境下，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，但是，過高的溫度他材料碳材料，過渡金屬氧化物，硫化物和氯化物之外，其還有一些其子電池。Hudak[41]使用摻雜氯鋁酸鹽的聚合物，如聚吡咯（PP）使用的電解液為 AlCl3:[EMIm] Cl = 2:1。這種正極材料制備的電 30~100 mAh g-1。PP 作為正極材料是，在放電電流為 0.2 C（2放電比容量接近 71 mAh g-1，經(jīng)過 100 次循環(huán)后還有 49 mAh 極材料更有希望，初始放電比容量為 90 mAh g-1，在 0.2 C 電

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子之外:鈉和鎂離子電池的電極材料（英文）[J]. Robert C.Massé,Evan Uchaker,曹國忠.  Science China Materials. 2015(09)



本文編號：3618303