锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能研究

发布时间：2018-01-07 20:29

  本文关键词：锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能研究　出处：《哈尔滨工业大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：本课题以球形天然石墨为研究对象，针对石墨负极首次充放电效率低、大电流充放电性能差等问题，对球形石墨进行了微膨化和碳包覆处理，并对改性方法进行了优化。利用SEM观察材料的微观形貌，XRD分析材料的晶体结构，并通过循环伏安测试、电化学交流阻抗谱和恒流充放电测试等电化学测量方法研究了材料的电化学性能。 以过氧化氢为氧化剂，甲酸为插层剂，60℃下液相反应得到可膨胀石墨，然后在800℃进行热处理制备微膨石墨，并探究了液相反应时间对微膨石墨结构、形貌和电化学性能的影响。XRD测试表明微膨处理后，石墨的结构无明显变化，d002层间距发生微小变化。液相反应时间为4h时制备的微膨石墨具备较好的电化学性能：一方面，可逆容量可达360mAh/g，首次充放电效率为80%；另一方面，与球形石墨相比，该条件下制备的微膨石墨的倍率性能提升最大。 以软碳前驱体沥青为碳源，在球形石墨表面包覆无定形碳材料。碳包覆材料烧结过程中，，加入空气氧化步骤，改善了炭化后碳包覆材料的粘连问题。分别用液相法和固相法制备碳包覆材料，并探究了碳包覆比例和炭化温度对碳包覆石墨材料电化学性能的影响。固相法进行包覆时，碳包覆比例为5mass%，炭化温度900℃时制备得到的碳包覆石墨材料电化学性能最佳。液相法进行包覆，碳包覆比例为5mass%时，在900℃下炭化得到的碳包覆石墨材料倍率性能优异，0.1C可逆容量为354mAh/g，5C下可逆容量仍可达86.8mAh/g。 对比了固相法和液相法制备得到的碳包覆材料的电化学性能。液相法制备能够在球形石墨表面形成均一、连续的碳包覆层，而固相法制备碳包覆石墨材料时，当碳包覆比例较大时，才可在石墨表面形成连续致密的碳包覆层。固相法制备的碳包覆材料的可逆容量高于液相法，首次效率低于固相混合法，倍率性能和循环性能与制备方法关系不大。综合考虑，液相法制备碳包覆材料比较适宜。 以微膨石墨为包覆核心，制备了碳包覆微膨石墨负极材料。研究表明，将微膨处理和碳包覆的方法复合后，球形石墨的倍率性能得到很大提升。碳包覆微膨石墨在0.1C下的可逆容量为370mAh/g，5C下可逆容量为114.6mAh/g。
[Abstract]:In this paper, the spherical natural graphite was used as the research object. The spherical graphite was microexpanded and coated with carbon in view of the low efficiency of the first charge and discharge of graphite negative electrode and the poor charge-discharge performance of high current. The method of modification was optimized. The crystal structure of the material was analyzed by SEM, and the crystal structure was measured by cyclic voltammetry. Electrochemical properties of the materials were studied by electrochemical impedance spectroscopy and constant current charge-discharge measurement. Using hydrogen peroxide as oxidant and formic acid as intercalation agent, expandable graphite was prepared by liquid phase reaction at 60 鈩

本文编号：1394120