锂离子电池石墨负极材料的碳包覆研究

发布时间：2017-10-10 05:21

  本文关键词：锂离子电池石墨负极材料的碳包覆研究

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【摘要】：石墨作为当前市场上应用最广泛的锂离子电池负极材料之一,具有容量高、价格便宜、电压平台低等优点,但同时也存在与电解液相容性差、充放电循环过程中石墨层会剥离等缺点,需要对石墨进行改性才能提高其电化学性能。碳包覆法是改性石墨常用的方法之一,本文以人造石墨碎料为研究对象,通过液相碳包覆法将无定形碳包覆于石墨表面,并对得到的包覆材料进行电化学性能研究。本实验以沥青为碳前驱体,对人造石墨碎料进行碳包覆研究,得到了一种较佳的制备无定形碳包覆石墨材料的工艺方法。同时,还考察了不同沥青包覆量对复合材料电化学性能的影响,通过电化学表征得出：当沥青包覆量为6%时,复合材料的首次充放电性能最佳：在30 mA·g-1的电流密度下,其首次放电容量为350.5 mAh·g-1,首次充放电效率为91.5%。当沥青包覆量为6%～8%时,复合材料具有最佳的循环性能：在60 mA·g-1的电流密度下,复合材料第50次循环的可逆容量比石墨原料提高了40mAh·g-1以上。同时,本实验以秸秆木质素为碳前驱体,对人造石墨碎料进行碳包覆研究,并得到一种在水相体系中制备碳包覆材料的工艺方法。本文还以两种不同分子量的木质素包覆石墨材料,通过比较认为木质素分子量的大小对人造石墨的包覆相差不大。最后,本文通过将秸秆木质素进行热处理提高了其碳化收率,并以处理后的木质素为碳前驱体包覆于石墨表面,通过电化学测试表明：复合材料的首次充放电可逆容量为350.1 mAh·g-1,充放电效率为90.6%,且在60 mA·g-1的电流密度下,复合材料第50次循环的可逆容量比石墨原料提高了30mAh·g-1。
【关键词】：锂离子电池 人造石墨 沥青 木质素 碳包覆
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 文献综述14-32
• 1.1 引言14-15
• 1.2 锂离子电池简介15-18
• 1.2.1 锂离子电池的发展历程及现状15-16
• 1.2.2 锂离子电池的组成16-17
• 1.2.3 锂离子电池的工作原理17-18
• 1.3 锂离子电池负极材料18-23
• 1.3.1 碳负极材料19-21
• 1.3.2 非碳负极材料21-23
• 1.4 石墨材料的性能及研究进展23-29
• 1.4.1 石墨材料的储锂机理23-24
• 1.4.2 石墨材料的性能与缺陷24-25
• 1.4.3 石墨材料的改性研究25-29
• 1.5 本论文研究目的及主要内容29-32
• 第二章 实验部分32-38
• 2.1 实验所用设备及试剂32-33
• 2.1.1 实验所用仪器32
• 2.1.2 实验试剂32-33
• 2.2 实验方法33-38
• 2.2.1 材料的制备方法33-34
• 2.2.2 材料的表征方法34
• 2.2.3 扣式电池的组装及电化学性能测试34-38
• 第三章 沥青包覆锂离子电池石墨负极材料的研究38-54
• 3.1 沥青碳包覆人造石墨负极材料的制备方法研究38-42
• 3.1.1 有机溶剂的选择38-39
• 3.1.2 沥青、有机溶剂、石墨的配比39
• 3.1.3 包覆材料的粉碎和碳化流程39-42
• 3.2 不同含量的沥青对包覆材料性能的影响42-49
• 3.2.1 不同含量的沥青对包覆材料粒径、比表面积和振实密度的影响42-44
• 3.2.2 不同含量的沥青对包覆材料表面形貌的影响44-45
• 3.2.3 不同含量的沥青对包覆材料结构的影响45-46
• 3.2.4 不同含量的沥青对包覆材料电化学性能的影响46-49
• 3.3 沥青包覆石墨材料的锂化49-52
• 3.3.1 材料的制备49-50
• 3.3.2 材料的物理性能测试50
• 3.3.3 材料的形貌表征50-51
• 3.3.4 材料的电化学性能测试51-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第四章 木质素包覆锂离子电池石墨负极材料的研究54-74
• 4.1 木质素碳包覆人造石墨的制备方法研究54-60
• 4.1.1 木质素在有机体系中包覆石墨54-55
• 4.1.2 木质素在水相体系中包覆石墨55-56
• 4.1.3 木质素在水相体系中包覆微氧化石墨56-57
• 4.1.4 三种方法制备的包覆材料对比57-60
• 4.2 木质素分子量大小对包覆石墨材料性能的影响60-64
• 4.2.1 木质素分子量对包覆材料物理性能的影响60-62
• 4.2.2 木质素分子量对包覆材料电化学性能的影响62-64
• 4.3 热处理后的木质素对包覆石墨材料性能的影响64-71
• 4.3.1 秸秆木质素的热失重分析64-65
• 4.3.2 秸秆木质素的热处理65-66
• 4.3.3 热处理后的秸秆木质素对包覆石墨性能的影响66-71
• 4.4 本章小结71-74
• 第五章 结论74-76
• 5.1 论文结论74
• 5.2 课题创新点74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 研究成果及发表的学术论文84-86
• 作者和导师简介86-87
• 附件87-88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 曹俊;肖刚;许啸;金保f;;木质素热解/炭化官能团演变与焦炭形成[J];东南大学学报(自然科学版);2012年01期

2 赵斌元,李恒德,胡克鳌,吴人洁;木质素基环氧树脂合成及其表征[J];纤维素科学与技术;2000年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 刘光龙;锂离子电池用石墨化MCMB的改性及其电化学性能研究[D];北京化工大学;2004年

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本文编号：1004569