锡碳复合材料的电化学性能研究及动力电池热管理系统的开发
发布时间：2021-11-25 12:49
锡是锂离子电池负极材料的最优选的材料之一,单质锡具有较高的理论容量(993 mAh g-1),同时具有优异的导电性。但是,锡和锂离子合金化反应过程中形成较大的体积膨胀,容易造成活性材料粉化和脱落,制约了锡基负极材料的商业化应用。低熔点的锡在制备过程中形成局部团聚和再结晶,致使制备高分散锡纳米颗粒比较困难。针对如此问题,本文通过两种方式有效抑制锡在制备过程中的团聚和前期容量损失问题。首先,通过简易的模板法制备出碳管包覆锡纳米颗粒结构（Sn@aCT）,纳米尺寸的锡可以有效避免锂化过程中体积膨胀,碳管组成导电网络形成支撑框架,这种复合材料作为锂离子电池负极表现出了优异的电化学性能。通过透射电子显微镜跟踪验证了制备过程中各阶段的形貌符合预定的结构设想。电化学测试表明,锡纳米颗粒的高容量和碳纳米管的高稳定性结合于一起,显示出长循环下的容量保持能力,在0.1 A g-1的电流密度下,350次循环后容量仍然是870 mAh g-1。为了对比研究锡颗粒的尺寸影响和碳管的作用,制备了碳包覆锡纳米颗粒的蛋黄壳结构（Sn@C-YS）,对比分析...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）锂离子电池市场规模；（b）中国锂电池产量
兰州大学硕士学位论文锡碳复合材料的电化学性能研究及动力电池热管理系统的开发31.2.2锂离子电池的组成锂离子电池的组成如图1-2所示，共分为五部分：电极材料（正极材料和负极材料）、隔膜、电解液及电极壳，电极壳是用于电池的封装的最外层材料，以纽扣电池为例可分为正极壳、负极壳、垫片和弹簧垫片。图1-2锂离子电池的组成1.隔膜在锂离子电池中，隔膜的主要作用是将正负极隔开，防止两个电极材料直接接触而引发短路等现象，这就要求隔膜具有足够大的孔隙。在充电过程中锂离子从正极材料中出来穿过隔膜流向负极材料，放电过程中锂离子从负极脱出到正极。虽然隔膜是简单的作用，但是高传导能力的隔膜必须满足以下的要求：①为了利于锂离子的传输要求隔膜满足于30~60%的孔隙率，且不可过大防止发生微短路；②可以容纳电解液，并与电解液有一定的亲和力，以降低电池的内阻和提高锂离子的流动；③化学性质稳定，不与电解液发生反应；④质地要求柔软且耐穿刺且有足够的拉伸强度，可以有效避免电极上的某些坚硬颗粒刺穿隔膜形成短路，也可以防止被拉断；⑤尽可能小的热变形和收缩率，并要求一定的厚度。2.电解液电解液作为锂电池的“血液”是传输锂离子和电子的重要介质。一般的电解液的选择应该满足以下条件：①具有高的离子导率，一般为1×10-3~1×10-2scm-1之间；②高的化学稳定性和热稳定性，满足的温度范围为-40~70℃，保证电池的安全理想的工作状态；③能够在较大的电压范围内保持化学稳定性；④安全无污染、无毒或少毒；⑤与其他电极材料能够良好的相容。因此，电解液的研发也成为锂离子电池较重要的研究项目，电解液主要有三个部分组成：溶剂、锂盐和添加剂。其中，LiPF6作为综合性能较好的电解液在商业应用中最为广泛。3
02和g，其中La和Lc代表了a轴和c轴上的堆积厚度；D002为石墨的片层间距，一般为0.34nm；g代表了石墨化程度。石墨片层间的缺陷越多便可产生更多的端面，因此可提升储锂性能。1.石墨烯负极材料石墨烯以高模量、大比表面积和稳定的物理化学性能著称，是碳原子组成的单层碳平面。因为有独特的二维结构，在片层间可以提供大量的反应位点，石墨烯的大量制备可以通过hummer法、改良hummer法、超声剥离和CVD等获得。展现出较高的比容量，Liang等人用化学法合成石墨烯纳米片在第一次充电时展示出650mAhg-1的大容量[16]，如图1-3所示。但伴随着部分不足，如首次库伦效率低和不可逆容量大等，相关学者将其进行改进处理，如将石墨烯与容量高的金属或金属氧化物复合等策略。图1-3（a，b）石墨烯负极的TEM图片；（c）石墨烯电极的电化学性能[16]2.碳纳米管一维的碳纳米管结构具有大的比表面积和优异的化学活性受到大部分学者的关注，同时，具有良好的力学性能和高的电导率，成为碳负极材料的优秀选择。中孔结构可以提供更多的活性位点，锂离子和电子通过碳壁和两个端口进入，增加了锂离子扩散能力的离子导率。但是同样受其首次库伦效率低的影响，未能广泛的商业化使用。为了解决首次不可逆容量的缺点，大量研究人员使其与金属和非金属复合，或者合金化。可以有效地控制碳纳米结构的坍塌和粉化现象。如图1-4所示，Claye发现单壁碳纳米管的可逆容量高达460mAhg-1，远大于石墨的
【参考文献】：
硕士论文
[1]电动车动力电池热管理与空调系统联合仿真及控制技术研究[D]. 吴祯利.吉林大学 2015
[2]动力电池成组高效冷暖装置研制与流变热控性实验研究[D]. 谷燕龙.吉林大学 2015
[3]纯电动汽车用动力电池组热特性研究[D]. 江超.合肥工业大学 2015
本文编号：3518171
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）锂离子电池市场规模；（b）中国锂电池产量
兰州大学硕士学位论文锡碳复合材料的电化学性能研究及动力电池热管理系统的开发31.2.2锂离子电池的组成锂离子电池的组成如图1-2所示，共分为五部分：电极材料（正极材料和负极材料）、隔膜、电解液及电极壳，电极壳是用于电池的封装的最外层材料，以纽扣电池为例可分为正极壳、负极壳、垫片和弹簧垫片。图1-2锂离子电池的组成1.隔膜在锂离子电池中，隔膜的主要作用是将正负极隔开，防止两个电极材料直接接触而引发短路等现象，这就要求隔膜具有足够大的孔隙。在充电过程中锂离子从正极材料中出来穿过隔膜流向负极材料，放电过程中锂离子从负极脱出到正极。虽然隔膜是简单的作用，但是高传导能力的隔膜必须满足以下的要求：①为了利于锂离子的传输要求隔膜满足于30~60%的孔隙率，且不可过大防止发生微短路；②可以容纳电解液，并与电解液有一定的亲和力，以降低电池的内阻和提高锂离子的流动；③化学性质稳定，不与电解液发生反应；④质地要求柔软且耐穿刺且有足够的拉伸强度，可以有效避免电极上的某些坚硬颗粒刺穿隔膜形成短路，也可以防止被拉断；⑤尽可能小的热变形和收缩率，并要求一定的厚度。2.电解液电解液作为锂电池的“血液”是传输锂离子和电子的重要介质。一般的电解液的选择应该满足以下条件：①具有高的离子导率，一般为1×10-3~1×10-2scm-1之间；②高的化学稳定性和热稳定性，满足的温度范围为-40~70℃，保证电池的安全理想的工作状态；③能够在较大的电压范围内保持化学稳定性；④安全无污染、无毒或少毒；⑤与其他电极材料能够良好的相容。因此，电解液的研发也成为锂离子电池较重要的研究项目，电解液主要有三个部分组成：溶剂、锂盐和添加剂。其中，LiPF6作为综合性能较好的电解液在商业应用中最为广泛。3
02和g，其中La和Lc代表了a轴和c轴上的堆积厚度；D002为石墨的片层间距，一般为0.34nm；g代表了石墨化程度。石墨片层间的缺陷越多便可产生更多的端面，因此可提升储锂性能。1.石墨烯负极材料石墨烯以高模量、大比表面积和稳定的物理化学性能著称，是碳原子组成的单层碳平面。因为有独特的二维结构，在片层间可以提供大量的反应位点，石墨烯的大量制备可以通过hummer法、改良hummer法、超声剥离和CVD等获得。展现出较高的比容量，Liang等人用化学法合成石墨烯纳米片在第一次充电时展示出650mAhg-1的大容量[16]，如图1-3所示。但伴随着部分不足，如首次库伦效率低和不可逆容量大等，相关学者将其进行改进处理，如将石墨烯与容量高的金属或金属氧化物复合等策略。图1-3（a，b）石墨烯负极的TEM图片；（c）石墨烯电极的电化学性能[16]2.碳纳米管一维的碳纳米管结构具有大的比表面积和优异的化学活性受到大部分学者的关注，同时，具有良好的力学性能和高的电导率，成为碳负极材料的优秀选择。中孔结构可以提供更多的活性位点，锂离子和电子通过碳壁和两个端口进入，增加了锂离子扩散能力的离子导率。但是同样受其首次库伦效率低的影响，未能广泛的商业化使用。为了解决首次不可逆容量的缺点，大量研究人员使其与金属和非金属复合，或者合金化。可以有效地控制碳纳米结构的坍塌和粉化现象。如图1-4所示，Claye发现单壁碳纳米管的可逆容量高达460mAhg-1，远大于石墨的
【参考文献】：
硕士论文
[1]电动车动力电池热管理与空调系统联合仿真及控制技术研究[D]. 吴祯利.吉林大学 2015
[2]动力电池成组高效冷暖装置研制与流变热控性实验研究[D]. 谷燕龙.吉林大学 2015
[3]纯电动汽车用动力电池组热特性研究[D]. 江超.合肥工业大学 2015
本文编号：3518171
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