锂离子电池多孔碳负极材料的制备及性能研究

发布时间：2020-12-05 03:13

　　现今,商品化的锂离子电池负极材料以石墨为主,但此类材料的比容量非常低,其比容量只有372 mAh/g,大倍率下充放电性能较差。因多孔碳材料具有较高的比表面积,较大的孔容,良好导电性和优异的机械性能,用作锂离子电池负极可大大提高电池的容量和倍率性能。本文以多孔碳为研究对象,以提升锂离子电池容量,倍率性能及延长循环寿命为目的,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氯化钠(NaCl)为原料成功制备了锂离子电池多孔碳负极材料并研究其性能。具体内容如下:1.以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为碳源,利用静电纺丝技术制备PVP纳米纤维,再高温碳化处理得到C纳米纤维,所得的碳纳米纤维在空气中进行不同时间的刻蚀,得到多孔碳纳米纤维,通过其电镜图可清晰的看到碳纳米纤维表面存在大量空腔。将多孔碳纳米纤维用作扣式电池负极,然后测试其电化学性能,结果表明空气刻蚀20 min所得的纤维材料的电化学性能最佳,在0.1 C倍率下首次充电容量高达1138 mAh/g,在5 C大倍率下长循环1000次后电池可逆容量高达278 mAh/g,容量保持率高达87.51%。2.以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为碳源,氯化钠(NaCl)为造孔剂,利用静... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池工作原理示意图

第 1 章 绪论3图 1.1 锂离子电池工作原理示意图1.2 锂离子电池负极材料研究现状锂离子电池的性能主要是由储锂活性物质决定的，负极是电池的重要组成部分，负极材料的性能直接影响整个电池的性能。一，负极性能的提升可促进电池整体性能的提升；二，负极储锂能力的提升可降低与对应正极组装电池时负极的用量，达到相同容量时降低电池的体积和质量，有利于轻便式电池的发展；三，负极材料稳定性的提高，可使电池整体的稳定性提高，电池的循环寿命增加。因而，高性能负极材料的开发与研究在高性能锂离子电池的研制中至关重要。锂离子电池负极材料的研究及商业化由三个阶段组成。第一阶段以金属锂片作为负极，但这个时期的电池存在很大的安全隐患，如在正常的充放电过程中会有锂枝晶，且隔膜的强度不够，隔膜很容被锂枝晶刺破，使电池内部短路，电池充放电过程中电池可能爆炸。第二阶段，在原有的基础上为了解决电池枝晶问题，研究者们用铝锂合金代替锂片用作负极，这一替代成功的避免了枝晶锂的的出现，但铝锂合金的稳定性较差，存在很大的体积效应，在充放电过程中负极体积膨胀且不断的粉化脱落，大大缩短的电池的循环寿命。随后，又开发研究了一些改性氧化物电极，但仍然存在大量的不足。直到 20 世纪 80年代，人们在摇椅电池的理论基础上发现，锂在碳材料中的嵌入电位和金属锂的自身电位几乎相同，且碳和电解液不发生发生任何反应，材料自身比较稳定具有良好的循环性能。这便是第三阶段碳类材料作为理离子电池的负极。到目前为止锂离子电池负极材料还普遍使用第三阶段

单层石墨片储锂机理 微孔储锂机理图 1.3 锂在无定形碳中的存储通常来说，锂离子在无定形碳中的过量存储是由于无定形碳材料中存陷所致的。.2.1 Li2储锂机理嵌锂后的 PPP-700（700 ℃聚对苯热解所得无定形碳材料）中，锂存在一种是以 Li2分子的形式存在，另外一种则是以离子的形态位于芳构化碳环中心，一个锂离子对应六个碳原子，如图 1.3 所示。通过核磁共振(N可知原子之间以共价键的形式连接。 在电极材料中，锂既可以离子态环中形成石墨插层化合物，又能以 Li2分子的形式进入到临邻近的碳环 Li2分子形式存在，使得材料储锂能力达到 LiC2的水平，其理论比容量1116 mAh/g，相当于普通石墨材料的三倍，且其体积比容量大于金属锂[1.2.2 单层石墨片储锂机理Dahn 等人针对无定形碳材料的过量储锂提出了单层石墨片储锂机理，

【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池硅基负极材料的研究进展[J]. 李瑞荣,王庆涛.  材料导报. 2014(09)
[2]锂离子蓄电池负极材料最新研究进展[J]. 米常焕,曹高劭,赵新兵.  电源技术. 2004(03)

硕士论文
[1]锂离子电池正极材料LiMnPO4的合成与改性研究[D]. 王海霞.华南理工大学 2012



本文编号：2898764