硅负极新型粘结剂氧化改性与交联

发布时间：2021-04-23 11:13

　　硅作为锂离子电池负极有极高的理论比容量（4200mAh/g）和较适宜的电极电势,它的产业化应用非常有前景。但是,硅在循环过程中会伴随剧烈的体积变化（³00%）,不可避免的引发电极的粉化和不可逆的容量丧失。粘结剂在锂离子电池中是十分重要的,在维持结构稳定性上起重要作用。开发新型高性能的粘结剂,可以有效提高硅负极的性能。本文采用过氧化氢氧化了羧甲基纤维素钠与羧甲基淀粉钠得到新型粘结剂,并在此基础上通过聚丙烯酸交联聚合得到新型粘结剂,将粘结剂应用于纳米硅负极材料的粘结剂中。对各粘结剂理化性能进行了测试,并对其电化学性能进行了测试分析。结果表明电流密度1000mAh/g羧甲基纤维素钠与羧甲基淀粉钠粘结剂电极经100次充放电循环后,容量保持率分别为26.75%与32.23%;循环200圈后容量保持率为17.11%和22.67%。电流密度高达4000mAh/g时,容量保持率分别为29.89%和39.75%。经过氧化氢氧化的羧甲基纤维素钠与羧甲基淀粉钠,在1740cm^-1处出现C=O特征峰,-OH转化为-COOH或-CHO,与Si颗粒有很强的氢键作用,有利... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池组成机构
        1.2.1 负极材料
        1.2.2 正极材料
        1.2.3 隔膜
        1.2.4 电解质
    1.3 硅负极材料的研究现状
        1.3.1 纳米Si材料
        1.3.2 薄膜Si材料
        1.3.3 Si/C复合材料
    1.4 电池粘结剂
        1.4.1 粘结剂的相互作用
        1.4.2 基于分子间力粘结剂
        1.4.3 基于结构的粘结剂
        1.4.4 导电粘结剂
        1.4.5 拓扑交联粘结剂
    1.5 本文的主要内容
第2章 实验工艺及研究方法
    2.1 实验仪器和材料
    2.2 粘结剂的制备
        2.2.1 粘结剂的精制
        2.2.2 CMC与CMS-Na粘结剂的制备
        2.2.3 NMC与NMR粘结剂的制备
        2.2.4 P-NMC与P-NMR粘结剂的制备
    2.3 电极制备和电池组装
        2.3.1 电极的制备
        2.3.2 扣式电池的组装
    2.4 粘结剂基本性能测试
        2.4.1 傅里叶变换红外光谱
        2.4.2 溶胀性能测试
        2.4.3 电解液溶解性测试
    2.5 电化学性能测试
        2.5.1 循环伏安测试
        2.5.2 充放电测试
        2.5.3 电化学阻抗谱测试
    2.6 物理测试与表征
        2.6.1 扫描电子显微镜测试
        2.6.2 X射线衍射测试
    2.7 本章小结
第3章 新型粘结剂CMS-NA在硅负极中的性能研究
    3.1 新型粘结剂CMS-Na的物理性能研究
        3.1.1 CMS-Na与CMC的形貌分析
        3.1.2 CMS-Na与CMC的红外分析
        3.1.3 CMS-Na与CMC的X射线衍射
        3.1.4 CMS-Na与CMC的溶胀性能测试
        3.1.5 CMS-Na与CMC的电解液溶解性测试
    3.2 新型粘结剂CMS-Na的电化学性能研究
        3.2.0 CMS-Na与CMC电池循环前后极片表面形貌
        3.2.1 CMS-Na与CMC电池倍率实验
        3.2.2 CMS-Na与CMC电池循环性能
        3.2.3 CMS-Na与CMC电池充放电性能
        3.2.4 CMS-Na与CMC电池循环伏安性能
        3.2.5 CMS-Na与CMC对电池阻抗性能的影响
    3.3 本章小结
第4章 CMC和CMS-NA的氧化改性研究
    4.1 氧化后CMC与CMS-Na的物理性能研究
        4.1.1 NMC与NMR的形貌分析
        4.1.2 NMC与NMR的X射线衍射
        4.1.3 NMC与NMR的红外分析
        4.1.4 NMC与NMR的溶胀性能测试
        4.1.5 NMC与NMR的电解液溶解性测试
    4.2 氧化后CMC与CMS-Na的电化学性能研究
        4.2.1 NMC与NMR电池循环前后极片表面形貌
        4.2.2 NMC与NMR电池倍率实验
        4.2.3 NMC与NMR电池循环性能
        4.2.4 NMC与NMR电池充放电性能
        4.2.5 NMC与NMR电池循环伏安性能
        4.2.6 NMC与NMR对电池阻抗性能的影响
    4.3 本章小结
第5章 聚丙烯酸与NMC/NMR交联的性能研究
    5.1 P-NMC与P-NMR的物理性能研究
        5.1.1 P-NMC与P-NMR的溶胀性能测试
        5.1.2 P-NMC与P-NMR的电解液溶解性测试
    5.2 P-NMC与P-NMR的电化学性能研究
        5.2.1 NMC与NMR电池循环前后极片表面形貌
        5.2.2 P-NMC与P-NMR电池倍率实验
        5.2.3 P-NMC与P-NMR电池循环性能
        5.2.4 P-NMC与P-NMR电池充放电性能
        5.2.5 P-NMC与P-NMR电池循环伏安性能
        5.2.6 P-NMC与P-NMR对电池阻抗性能的影响
    5.3 本章小结
参考文献
结论
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]硅基锂离子电池负极材料[J]. 牛津,张苏,牛越,宋怀河,陈晓红,周继升.  化学进展. 2015(09)
[2]氧化淀粉的制备及特性研究[J]. 李铠,陈慧,单志华.  中国皮革. 2007(09)
[3]淀粉氧化反应机理的探究[J]. 谭义秋.  农产品加工(学刊). 2007(04)
[4]改性淀粉的制备与应用研究进展[J]. 李德富,李宏利,林炜,穆畅道.  中国皮革. 2007(01)
[5]锂离子电池电解质现状与发展[J]. 黄峰,周运鸿.  电池. 2001(06)
[6]用高锰酸钾氧化研制氧化淀粉[J]. 宋荣钊,王春林,曾梅珍.  化学世界. 1993(04)



本文编号：3155225