本文關(guān)鍵詞：氧化微擴(kuò)層天然石墨負(fù)極的制備及其電化學(xué)性能的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：天然石墨是目前最常用的商業(yè)鋰離子電池負(fù)極材料。然而,石墨層間結(jié)合力主要為范德華力,在充放電過程中的體積膨脹和收縮,易發(fā)生石墨片層剝離及粉化,導(dǎo)致循環(huán)性能不佳。此外,天然石墨還存在可逆容量偏低(372 mAh/g)和倍率性能不理想的缺點。因此,天然石墨通常需改性處理后才能用作鋰離子電池負(fù)極。氧化微擴(kuò)層處理是一種操作相對簡單,且成本較低的石墨改性方法。它是通過一定的工藝將石墨片層微膨開,既可緩解鋰離子嵌脫過程導(dǎo)致的體積膨脹和收縮,提高石墨負(fù)極的循環(huán)性能,又可擴(kuò)寬鋰離子擴(kuò)散通道,改善其倍率性能,還可增大石墨的鋰離子儲存空間,提高石墨負(fù)極的可逆容量。本論文重點考察了氧化微擴(kuò)層石墨制備過程中,氧化劑種類和反應(yīng)時間對不同石墨原料結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響,并通過氧化微擴(kuò)層前后石墨的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌、物理特性(比表面積、孔徑分布、振實密度)及電化學(xué)性能變化研究了氧化微擴(kuò)層處理對天然石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),天然鱗片石墨經(jīng)氧化微擴(kuò)層處理后,石墨層間距略微增大,平均晶粒尺寸Lc顯著減小,延長反應(yīng)時間,石墨表面發(fā)生片層剝離。經(jīng)弱氧化劑-有機(jī)酸氧化微擴(kuò)層3h后,首次可逆容量及庫倫效率分別由石墨原料的331.9mAh·g-1和86.5%提高至366.7 mAh·g-1和89%；經(jīng)強氧化劑-有機(jī)酸處理1h后,石墨的比表面積由3.45 m2/g減小到2.69 m2/g,同時2～4 nm之間的孔容增加,首次可逆容量及庫倫效率分別達(dá)364.7 mAh·g-1和88.8%。球形石墨經(jīng)氧化微擴(kuò)層處理后,石墨層間距略有增大,平均晶粒尺寸Lc顯著減小,反應(yīng)時間過長,石墨表面發(fā)生片層剝離。經(jīng)弱氧化劑-有機(jī)酸處理2 h后,球形石墨的形貌未發(fā)生顯著變化,但振實密度由1.160 g/cm3降低至0.945 g/cm3,比表面積由4.69 m2/g增大到5.15 m2/g。首次可逆容量從球形石墨原料的363.0mAh·g-1提高至392.7mAh·g-1。1C下的可逆容量較球形石墨原料提高了46.3%,容量保持率為0.1 C時的86.4%。經(jīng)強氧化劑-有機(jī)酸處理1h的球形石墨,首次可逆容量提高至3815 mAh·g-1,經(jīng)30次充放電循環(huán),容量保持率為99.71%,而球形石墨原料的容量保持率僅為99.20%,且1C下的可逆容量仍保持了0.1 C時的84.3%。研究表明,在氧化微擴(kuò)層石墨制備過程中,氧化劑種類和反應(yīng)時間是控制其結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的重要參數(shù)。氧化微擴(kuò)層處理能輕微增大石墨的層間距,提高其可逆容量并減小嵌脫鋰反應(yīng)的電位差,顯著提高天然石墨的電化學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：石墨負(fù)極材料 鱗片石墨 球形石墨 氧化微擴(kuò)層 炭包覆
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-27
• 1.1 鋰離子電池的發(fā)展概述10-12
• 1.2 鋰離子電池的工作原理及特點12-13
• 1.2.1 鋰離子電池的工作原理12
• 1.2.2 鋰離子電池的特點12-13
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料13-17
• 1.3.1 炭負(fù)極材料13-16
• 1.3.2 其它負(fù)極材料16-17
• 1.4 炭負(fù)極材料的儲鋰機(jī)制17-21
• 1.4.1 石墨層間儲鋰機(jī)制17-19
• 1.4.2 分子儲鋰機(jī)制19
• 1.4.3 微晶層面、表面、邊緣儲鋰機(jī)制19-20
• 1.4.4 碳-鋰-氫儲鋰機(jī)制20
• 1.4.5 微孔儲鋰機(jī)制20-21
• 1.5 石墨材料的改性研究21-25
• 1.5.1 表面氧化改性21-22
• 1.5.2 表面炭包覆處理22-24
• 1.5.3 元素?fù)诫s24
• 1.5.4 微擴(kuò)層處理24-25
• 1.6 選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容25-27
• 1.6.1 選題依據(jù)25-26
• 1.6.2 主要研究內(nèi)容26-27
• 第二章 實驗部分27-31
• 2.1 實驗原料及儀器設(shè)備27-28
• 2.1.1 原料與化學(xué)試劑27
• 2.1.2 儀器設(shè)備27-28
• 2.2 實驗方法28-31
• 2.2.1 材料制備28-29
• 2.2.2 材料結(jié)構(gòu)的表征29
• 2.2.3 電池的裝配及電化學(xué)性能測試29-31
• 第三章 氧化微擴(kuò)層處理對鱗片石墨結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能的影響31-53
• 3.1 過氧化氫-有機(jī)酸處理對鱗片石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響31-37
• 3.1.1 過氧化氫-有機(jī)酸處理對鱗片石墨結(jié)構(gòu)的影響31-34
• 3.1.2 過氧化氫-有機(jī)酸處理對鱗片石墨電化學(xué)性能的影響34-37
• 3.2 濃硝酸-有機(jī)酸處理對鱗片石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響37-43
• 3.2.1 濃硝酸-有機(jī)酸處理對鱗片石墨結(jié)構(gòu)的影響37-40
• 3.2.2 濃硝酸-有機(jī)酸處理對鱗片石墨電化學(xué)性能的影響40-43
• 3.3 炭包覆對氧化微擴(kuò)層鱗片石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響43-52
• 3.3.1 炭包覆對弱氧化微擴(kuò)層鱗片石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響43-48
• 3.3.2 炭包覆對強氧化微擴(kuò)層鱗片石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響48-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 氧化微擴(kuò)層處理對球形石墨結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能的影響53-75
• 4.1 過氧化氫-有機(jī)酸處理對球形石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響53-59
• 4.1.1 過氧化氫-有機(jī)酸處理對球形石墨結(jié)構(gòu)的影響53-56
• 4.1.2 過氧化氫-有機(jī)酸處理對球形石墨電化學(xué)性能的影響56-59
• 4.2 濃硝酸-有機(jī)酸處理對球形石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響59-65
• 4.2.1 濃硝酸-有機(jī)酸處理對球形石墨結(jié)構(gòu)的影響59-62
• 4.2.2 濃硝酸-有機(jī)酸處理對球形石墨電化學(xué)性能的影響62-65
• 4.3 炭包覆對氧化微擴(kuò)層球形石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響65-74
• 4.3.1 炭包覆對弱氧化微擴(kuò)層球形石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響65-70
• 4.3.2 炭包覆對強氧化微擴(kuò)層球形石墨結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響70-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 第五章 結(jié)論和展望75-77
• 5.1 結(jié)論75-76
• 5.2 展望76-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 附錄 A 攻讀碩士期間發(fā)表的論文83-84
• 致謝84

  本文關(guān)鍵詞：氧化微擴(kuò)層天然石墨負(fù)極的制備及其電化學(xué)性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：482258