改性中间相碳微球的电化学性能研究

发布时间：2017-08-10 03:15

  本文关键词：改性中间相碳微球的电化学性能研究

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【摘要】：中间相碳微球是一种目前被广泛应用的锂离子电池负极材料,但是随着数码产品的更新换代以及锂电池电动汽车的出现,中间相碳微球的比容量已经难以满足这些产品的能量需求,提升现有负极材料的比容量,是解决这一问题的关键。本文以中间相碳微球为原料,通过氧化改性、负载SnO2纳米棒和氮掺杂这三种改性方式来提升MCMB的充放电比容量,研究其电化学性能。本课题通过Hummers法来对中间相碳微球进行了氧化,并采用两种方式对氧化后的MCMB进行了热膨胀处理,实验结果显示,氧化改性后的MCMB呈现出海绵状结构,在充放电过程中比容量明显增加,其中,1050-OMCMB样品的比容量增加最多,首次循环的可逆比容量高达852 mAh/g,50次循环后,比容量仍能保持在450 mAh/g以上。本课题通过水热生长法在MCMB表面负载了SnO2纳米棒,得到了一种海胆状复合材料,该复合材料的比容量最高可以达到616.5mAh/g。此外,本课题研究了不同反应条件对MCMB/SnO2复合材料微观结构和电化学性能的影响,当水热反应时的反应浓度和反应时间增加时,MCMB/SnO2复合材料中SnO2纳米棒的直径和长度都有所增加,同时,反应浓度和时间的增加会使样品比容量的增加,但是也会导致其循环性能的下降。采用石墨烯对MCMB/SnO2复合材料进行包覆可以明显提升样品的循环性能,50次循环后,石墨烯包覆MCMB/SnO2样品的比容量仍能达到400mAh/g左右。在对中间相碳微球进行氮掺杂时,本课题分别采用三聚氰胺和氨气作为氮源,根据实验数据得知,N元素在样品中主要以吡咯型N、吡啶型N和N取代的石墨化结构三种形式掺杂到MCMB中,其中,采用氨气作为氮源的NR-OMCMB-2样品的电化学性能更好,相比原始MCMB,其比容量提升了50mAh/g左右,而且随着循环次数的增加,其比容量基本没有衰减。
【关键词】：中间相碳微球 改性 锂离子电池 负极材料 电化学性能
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 引言15
• 1.2 锂离子电池15-18
• 1.2.1 锂离子电池工作原理16-17
• 1.2.2 锂离子电池正极材料17
• 1.2.3 锂离子电池负极材料17
• 1.2.4 锂离子电池电解液17-18
• 1.3 中间相碳微球18-22
• 1.3.1 中间相碳微球的发展历程18-19
• 1.3.2 中间相碳微球的结构与性质19-20
• 1.3.3 中间相碳微球的制备20
• 1.3.4 中间相碳微球的应用20-21
• 1.3.5 中间相碳微球在锂离子电池中的应用21-22
• 1.4 改性中间相碳微球的研究现状22-27
• 1.4.1 氧化改性22-23
• 1.4.2. 热处理23-24
• 1.4.3. 包覆改性24-25
• 1.4.4. 掺杂改性25-27
• 1.5 论文选题的目的和意义27-28
• 1.6 本课题的主要研究内容28-29
• 第二章 实验部分29-37
• 2.1 实验原料及仪器29-31
• 2.1.1 实验原料29-30
• 2.1.2 实验仪器30-31
• 2.2 样品制备31-32
• 2.3 锂离子电池的极片制备与组装32-34
• 2.4 表征与测试方法34-37
• 2.4.1 扫描电镜分析(SEM)34
• 2.4.2 X射线衍射分析(XRD)34
• 2.4.3 X射线光电子能谱测试(XPS)34
• 2.4.5 充放电性能测试34-35
• 2.4.6 循环伏安测试(CV)35-36
• 2.4.7 交流阻抗测试(EIS)36-37
• 第三章 氧化改性中间相碳微球及其电化学性能研究37-55
• 3.1 前言37
• 3.2 氧化改性MCMB样品的制备37-38
• 3.3 氧化改性MCMB的微观形貌及结构分析38-42
• 3.3.1 氧化改性MCMB的扫描电镜(SEM)表征38-41
• 3.3.2 氧化改性MCMB的XRD光谱分析41-42
• 3.4 氧化改性后MCMB的电化学性能42-53
• 3.4.1 纯MCMB样品的电化学性能42-45
• 3.4.2 氧化改性MCMB的电化学性能45-53
• 3.5 本章小节53-55
• 第四章 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料制备及其电化学性能研究55-81
• 4.1 前言55-56
• 4.2 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料的制备56-57
• 4.3 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料的微观结构和形貌表征57-58
• 4.4 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料的电化学性能58-64
• 4.4.1 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料的循环性能59-60
• 4.4.2 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料的首三次充放电性能60
• 4.4.3 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料的倍率性能测试60-62
• 4.4.4 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料的循环伏安测试62-63
• 4.4.5 中间相碳微球/二氧化锡海胆状复合材料的交流阻抗测试63-64
• 4.5 不同反应浓度及反应时间对中间相碳微球/二氧化锡复合材料的微观形貌和电化学性能影响64-73
• 4.5.1 不同反应浓度及反应时间对MCMB/SnO_2微观形貌的影响64-67
• 4.5.2 不同反应浓度及反应时间对MCMB/SnO_2电化学性能的影响67-73
• 4.6 石墨烯包覆MCMB/SnO_2复合材料的微观形貌及电化学性能73-80
• 4.6.1 石墨烯包覆MCMB/SnO_2复合材料的制备73-74
• 4.6.2 石墨烯包覆MCMB/SnO_2复合材料的微观结构74-76
• 4.6.3 石墨烯包覆MCMB/SnO_2的电化学性能76-80
• 4.7 本章小结80-81
• 第五章 氮掺杂MCMB的电化学性能研究81-93
• 5.1 前言81
• 5.2 氮掺杂MCMB样品的制备81-82
• 5.3 氮掺杂MCMB的微观结构和表面形貌82-85
• 5.4 氮掺杂MCMB的电化学性能研究85-92
• 5.4.1 氮掺杂MCMB的循环稳定性85-86
• 5.4.2 氮掺杂MCMB的首三次充放电性能86
• 5.4.3 氮掺杂MCMB的倍率性能86-90
• 5.4.4 氮掺杂MCMB的交流阻抗测试90-91
• 5.4.5 氮掺杂MCMB的循环伏安测试91-92
• 5.5 本章小结92-93
• 第六章 结论93-95
• 参考文献95-101
• 致谢101-103
• 研究成果及发表的学术论文103-104
• 作者及导师简介104-106
• 附件106-107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 章颂云,宋怀河,陈晓红;中间相沥青炭微球的嵌锂模型[J];电源技术;2002年03期

2 霍文敏;邢凡彬;;锂离子电池负极材料中间相炭微球的改性[J];化工科技市场;2010年04期

3 宋怀河,陈晓红,章颂云,高燕;中间相沥青炭微球及其在锂离子二次电池方面的应用[J];炭素技术;2002年01期

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本文编号：648586