锂离子电池高性能自支撑一维碳负极材料研究

发布时间：2020-05-10 23:29

【摘要】：随着柔性/可折叠电子器件在近些年的迅猛发展,柔性锂离子电池已成为目前储能领域研究的热点和前沿之一。目前,发展柔性锂离子电池的主要困难和关键在于研究和开发高性能的可弯折自支撑结构柔性电极材料。本论文选取三种不同的软硬造孔剂,运用电纺丝、掺氮、模板-活化联合法、碳化和后续化学处理方法,可控地制备和构筑了具有自支撑结构一维高含氮量和层次孔适用于柔性锂离子电池的高性能负极材料。论文中,选取聚丙烯腈为碳前驱体,添加两种有机造孔软模板(聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯)以及一种复合氧化物(MnO_x-CeO_2-Al_2O_3)硬模板,通过电纺丝、碳化、氨气活化和后续的化学处理方法,制备了具有自支撑结构高含氮量一维层次孔碳负极材料。实验结果显示,无论选用何种造孔模板剂处理所获得的一维掺氮层次孔碳负极材料均具有较好的纤维形态、大的比表面积、高的掺氮量、良好的层次孔结构。将此三种自支撑一维掺氮层次孔碳负极材料在未添加任何导电剂和粘结剂的情况下,直接用作锂离子电池负极,均表现出较好的电化学性能。究其原因,这与此材料具有独特的层次孔结构、高的氮含量、一维纳米结构和含有大量的吡啶氮有关。其中,以聚苯乙烯为造孔剂制备的掺氮层次孔碳纳米纤维拥有超高的首次可逆比容量,达到1576.5 mAh g~(-1),是目前所报道的碳基负极材料容量最高值。以MnOx-CeO_2-Al_2O_3复合氧化物造孔剂制备的掺氮层次孔碳纳米纤维拥有相对较好的循环性能,经过50次循环,容量保持率为87%。
【图文】：

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图 1-1 柔性电子器件的概念和原型机美国苹果公司的 iPhone ProCare；(b) 美国 Jawbone 公司的 UP 系列；(c) 韩国三星公弯折有机发光二极管显示技术及其原型机；(d) 飞利浦的 Fluid smart phone；(e) 诺基的 Morph Concept 概念Fig. 1-1 Flexible electronic device concept and prototypeple Inc.’s iPhone ProCare；(b) Jawbone’s UP Series；(c) South Korea's Samsung's bendab light-emitting diode display technology and its prototype；(d) Philips's Fluid smart phone；Nokia's Morph Concept离子电池工作原理为存储设备的锂离子电池因其能量密度高清洁环保而取代铅酸电池得到人关注。锂离子电池是由锂电池发展而来的，世界上第一款锂离子电池是 19 Harris 第一次提出锂电池的全新概既是锂离子电池储能设备的研究开始[3]，员不断研究攻克之下 1980 年由 Armand 提出了“摇椅电池”的全新跨时代的是锂离子电池的又一个研发开端。1991 年世界上最大电子器件研发生产商成功推出真正意义上的可以商业化生产利用的锂离子电池[4]。其实锂离子电

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对应的集流体为铝箔。负极材料为石墨，对应的集流六氟磷酸锂（LiPF6）的碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯（EC/D如下公式(1-1)、(1-2)、(1-3)来表示。极反应：LiCoO2 → 充电放电Li1-xCoO2+xLi++xe-极反应：-6C +xLi+xe+LiCx的电池反应： LiCoO6C2+ LiCoOLiC1-x2x+ 充电时锂离子从 LiCoO2脱离，同时会失去相应电荷。负极上锂离子插入到石墨层中形成 LixC 化合物，并；放电时，锂离子从石墨层中脱出回到正极材料中，的电子，使 Co4+还原为 Co3+。在充放电过程中，锂同时电极材料发生对应的可逆的氧化还原反应。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912;TQ127.11

【参考文献】