应用于提升锂离子电池高比容量硅负极性能的羧甲基纤维素的研究

发布时间：2020-11-05 11:29

　　粘结剂是制备锂离子电池必须使用的重要材料之一,在锂电池中担任极其重要的角色。其主要作用是将电极活性物质、电极集流体和导电剂粘结在一起,使它们之间具有良好的整体连接性,这样不仅减小电极的阻抗,而且使电极片具备良好的可加工性能和机械性能,从而满足实际生产的需要。因此,选择优良的粘结剂并进行优化对锂电池的的发展,具有极其重要的价值。本文以微晶纤维素、氯乙酸钠、氢氧化钠等为原料,采用大浴比淤浆法,分碱化、醚化两个步骤,并进行多次碱化和醚化制备不同取代度(DS)的羧甲基纤维素钠(CMC),并采用红外光谱(FT-IR)、核磁碳谱(13C-N-MR)、X射线衍射(XRD)对原料和产品进行表征。将制备的取代度为0.23、0.43、0.55、0.72、0.86的CMC作为锂离子电池负极硅基粘结剂组装成扣式电池,并对硅负极采用了恒流充放电、循环伏安、交流阻抗、倍率性能等表征方式进行测试。结果表明,以DS=0.55的CMC为粘结剂制备的硅负极首次循环和第50次循环的放电比容量分别是2917.0 mAh/g,1607.6 mAh/g,电化学性能优于以低取代度0.23、0.43及高取代度0.72、0.86的CMC为粘结剂制备的硅负极。其次,探讨了在锂离子电池制备过程中的一些因素对其性能的影响,如CMC与去离子水的配比,压制工艺对锂电池性能的影响。在选择相应的条件后,将制备的不同取代度(0.23-0.86)的低聚合度CMC,并和4种商用高聚合度CMC分别应用于硅负极,进行了循环性能的比较;然后制备了低聚合度CMC/SBR电极,进行了一系列的电化学性能测试。实验结果发现,采用低聚合度CMC的电极的电化学性能优于商用高聚合度CMC,CMC/SBR电极的电化学性能不如单独使用CMC制备电极的电化学性能,这表明,在使用自制低聚合度CMC作粘结剂时,不需要加入SBR就能表现出相对优异的电化学性能,这充分表明了自制CMC相对于商用CMC在锂离子电池应用上的优势性;并且没有SBR的加入,既节约了用料成本,又能节约电池内部空间,这为以后加入有效的电极材料提供了良好的空间。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

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