改性中间相炭微球作为钠离子电池负极材料的研究
发布时间：2022-01-21 05:29
目前,中间相炭微球广泛用作锂离子电池的负极材料。与锂离子电池相比,钠离子电池具有钠源丰富、成本低等特点,具有很大应用前景。但是,由于钠离子直径较大,难于进入天然石墨或石墨化的中间相炭微球层间。如果在较低温度下炭化中间相炭微球,使中间相炭微球保持较大层间距,方便钠离子的嵌入和脱出,使得中间相炭微球能用作钠离子电池负极材料。本文通过对中间相炭微球进行表面改性以及掺氮处理,提高中间相炭微球表面孔径、或者增大其表面缺陷,从而提高其作为钠离子电池负极材料的电化学性能。研究中,利用中间相炭微球生球混合NaOH后在650℃进行炭化处理,与没有NaOH蚀刻的炭化对照样品相比,NaOH蚀刻的中间相炭微球具有明显的表面裂纹,表面出现更多中孔（直径5 nm）结构,其层间距由342 pm提高为356 pm。较大的层间距有利于钠离子和电子的传输,因此NaOH蚀刻的中间相炭微球作为钠离子电池的负极材料,具有较高的稳定性和循环寿命。电流密度为15 mA g-1时,其首次充电/放电比容量为249/441 mAh g-1,库伦效率为56.5%,循环60圈...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纽扣式锂离子电池结构示意图
图 1-1 纽扣式锂离子电池结构示意图Fig.1-1 Images of button lithium-ion battery structure锂离子电池的正极材料通常是多为层状结构或者由隧道的结构的材料，负极一般为石墨型材料。如图 1-2 所示，在电池的充电时，由于外加电场使得电池成为浓差电池，正极材料活性物质中的部分 Li+脱离正极材料的晶格，进入电解液，之后通过隔膜进入到负极碳材料形成 LixC 化合物，在电化学测试时表现出来的是电压上升。在电池放电时，由于电池此时拥有高的自由能，负极的 LixC化合物中的 Li+会发生脱出，通过电解液与隔膜进入到正极，此时的电子则是由外电路到达正极，电子会与到达正极的 Li+生产正极活性物质，表现出的电化学行为是电压降低。通常情况下，锂离子在正极层状或隧道状以及负极层状的石墨之间进行嵌入以及脱出时，不会发生破坏正极与负极材料的结构，只是引起层间距的变化。
第 1 章 绪论总称。软碳一般有较大的层间距以及较小的层平面，层平面上面有空穴或者杂原子等缺陷，这些特征可以使得 Li+的扩散速度加快，有利于锂离子电池的快充快放特性[23,42]。而硬碳材料通常是指难石墨化的炭，即使在 2500 ℃以上也是难以发生石墨化，是一类高分子聚合物的热解炭，表现为一种尺寸不同的二维乱层微晶堆积的镶嵌体结构[23,43]。与软碳不同，硬碳一般表面多孔，有利于锂离子的嵌入，通常在 700～800 ℃时出现的比容量最高，但是在材料中总是含有碳、氢、氧等杂原子，这会使得材料在作为负极时造成不可逆容量的增加。无论是软碳还是硬碳，在低温时都会显示出较高的可逆容量，通过研究表明主要是因为材料的储锂机理，除了通常的作为层状材料有储锂性能外，还有界面、间隙以及缺陷储锂等机锂[44,45]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池正负极材料研究新进展[J]. 潘都,戚兴国,刘丽露,蒋礼威,陆雅翔,白莹,胡勇胜,陈立泉. 硅酸盐学报. 2018(04)
[2]聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展[J]. 施志聪,杨勇. 化学进展. 2005(04)
[3]高比表面活性炭[J]. 王中平. 精细与专用化学品. 2002(18)
[4]由中间相炭微球制备高密度各向同性炭[J]. 吕永根,凌立成,刘朗,张碧江,吴东. 炭素. 1998(04)
博士论文
[1]低碳交通背景下中国新能源汽车的市场扩散研究[D]. 严筱.中国地质大学 2016
[2]锂离子电池材料的相关研究[D]. 丁宁.中国科学技术大学 2009
[3]中间相炭微球的制备及其电化学性能的研究[D]. 王红强.中南大学 2003
[4]锂离子电池炭负极材料的制备与性能及应用研究[D]. 郭华军.中南大学 2001
硕士论文
[1]多级孔碳和摇铃型Fe3O4@Fe3C-C异质结构的构筑及电化学性能优化[D]. 王凯熙.郑州大学 2016
[2]锂电负极石墨烯基复合材料的制备及其性能研究[D]. 韩倩琰.上海交通大学 2014
[3]中间相炭微球制备与形成机理的研究[D]. 王红玉.太原理工大学 2008
本文编号：3599744
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纽扣式锂离子电池结构示意图
图 1-1 纽扣式锂离子电池结构示意图Fig.1-1 Images of button lithium-ion battery structure锂离子电池的正极材料通常是多为层状结构或者由隧道的结构的材料，负极一般为石墨型材料。如图 1-2 所示，在电池的充电时，由于外加电场使得电池成为浓差电池，正极材料活性物质中的部分 Li+脱离正极材料的晶格，进入电解液，之后通过隔膜进入到负极碳材料形成 LixC 化合物，在电化学测试时表现出来的是电压上升。在电池放电时，由于电池此时拥有高的自由能，负极的 LixC化合物中的 Li+会发生脱出，通过电解液与隔膜进入到正极，此时的电子则是由外电路到达正极，电子会与到达正极的 Li+生产正极活性物质，表现出的电化学行为是电压降低。通常情况下，锂离子在正极层状或隧道状以及负极层状的石墨之间进行嵌入以及脱出时，不会发生破坏正极与负极材料的结构，只是引起层间距的变化。
第 1 章 绪论总称。软碳一般有较大的层间距以及较小的层平面，层平面上面有空穴或者杂原子等缺陷，这些特征可以使得 Li+的扩散速度加快，有利于锂离子电池的快充快放特性[23,42]。而硬碳材料通常是指难石墨化的炭，即使在 2500 ℃以上也是难以发生石墨化，是一类高分子聚合物的热解炭，表现为一种尺寸不同的二维乱层微晶堆积的镶嵌体结构[23,43]。与软碳不同，硬碳一般表面多孔，有利于锂离子的嵌入，通常在 700～800 ℃时出现的比容量最高，但是在材料中总是含有碳、氢、氧等杂原子，这会使得材料在作为负极时造成不可逆容量的增加。无论是软碳还是硬碳，在低温时都会显示出较高的可逆容量，通过研究表明主要是因为材料的储锂机理，除了通常的作为层状材料有储锂性能外，还有界面、间隙以及缺陷储锂等机锂[44,45]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钠离子电池正负极材料研究新进展[J]. 潘都,戚兴国,刘丽露,蒋礼威,陆雅翔,白莹,胡勇胜,陈立泉. 硅酸盐学报. 2018(04)
[2]聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展[J]. 施志聪,杨勇. 化学进展. 2005(04)
[3]高比表面活性炭[J]. 王中平. 精细与专用化学品. 2002(18)
[4]由中间相炭微球制备高密度各向同性炭[J]. 吕永根,凌立成,刘朗,张碧江,吴东. 炭素. 1998(04)
博士论文
[1]低碳交通背景下中国新能源汽车的市场扩散研究[D]. 严筱.中国地质大学 2016
[2]锂离子电池材料的相关研究[D]. 丁宁.中国科学技术大学 2009
[3]中间相炭微球的制备及其电化学性能的研究[D]. 王红强.中南大学 2003
[4]锂离子电池炭负极材料的制备与性能及应用研究[D]. 郭华军.中南大学 2001
硕士论文
[1]多级孔碳和摇铃型Fe3O4@Fe3C-C异质结构的构筑及电化学性能优化[D]. 王凯熙.郑州大学 2016
[2]锂电负极石墨烯基复合材料的制备及其性能研究[D]. 韩倩琰.上海交通大学 2014
[3]中间相炭微球制备与形成机理的研究[D]. 王红玉.太原理工大学 2008
本文编号：3599744
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