基于泡沫碳制备三维石墨烯及其结构与性能的研究
发布时间：2021-05-15 08:27
随着电动汽车行业的迅速发展,作为动力供给的锂离子电池已经无法满足发展需求,这很大程度上归因于电极材料储锂性能较差。石墨烯作为一种新兴材料,具有高导电性、大比表面积、柔性等优良特性,是锂离子电池负极的理想材料。然而,二维石墨烯片层间极易发生团聚,因而减少了其参与反应的有效面积和活性位点。制备三维石墨烯是解决该问题的有效方法。三维石墨烯普遍具有多孔结构,石墨烯片间不易团聚,并且有利于反应离子的扩散。本文制备出了一种具有表面石墨烯结构的泡沫碳,并且发现材料具有良好的储锂性能。在前躯体制备过程中,通过对传统工艺改进,缩短了泡沫体制备的工艺周期。本文选用聚丙烯腈为溶质,顺丁烯二酸酐为溶剂,通过热诱导相分离先得到固体混合物;随后选择蒸馏水作为萃取剂,除去原溶剂;最后用冷冻干燥的方法除去蒸馏水,得到高孔隙率的聚丙烯腈泡沫。对聚丙烯腈泡沫进行碳化,通过调整碳化工艺,实现了聚合物裂解泡沫碳表面的石墨烯化。本文详细研究了碳化温度,气氛和时间对泡沫碳表面石墨烯结构的影响。研究中发现提高温度,增大氨气流量以及延长碳化时间都可以显著提高材料结晶性;同时,材料表面结构的粗糙度不断提升,泡沫碳表面石墨烯化程度增加;...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 石墨烯材料的结构与分类
1.2.2 三维石墨烯的制备方法及应用现状
1.2.3 锂离子电池的原理及分类
1.2.4 锂离子电池碳基负极研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验药品及试剂
2.2 主要仪器和设备
2.3 材料制备方法
2.3.1 热诱导相分离法
2.3.2 聚丙烯腈泡沫的制备
2.3.3 泡沫碳的制备
2.4 结构表征方法
2.4.1 扫描电子显微镜
2.4.2 透射电子显微镜
2.4.3 拉曼光谱
2.4.4 X射线衍射法
2.4.5 X射线光电子能谱
2.4.6 氮吸附/脱附等温曲线
2.5 电化学性能测试方法
2.5.1 循环伏安法
2.5.2 交流阻抗法
2.5.3 恒流充放电测试
第3章 碳化工艺对泡沫碳及其表面石墨烯结构的影响
3.1 引言
3.2 聚丙烯腈泡沫的制备
3.3 碳化温度的影响
3.3.1 SEM结构分析
3.3.2 TEM结构分析
3.3.3 Raman结构分析
3.4 碳化气源的影响
3.4.1 SEM结构分析
3.4.2 TEM结构分析
3.4.3 XRD图谱分析
3.4.4 Raman图谱分析
3.4.5 XPS图谱分析
3.4.6 氮气脱吸附曲线分析
3.5 碳化时间的影响
3.5.1 SEM结构分析
3.5.2 TEM结构分析
3.5.3 Raman图谱分析
3.6 本章小结
第4章 表面石墨烯结构泡沫碳储锂性能的研究
4.1 引言
4.2 碳化温度对表面石墨烯结构泡沫碳储锂性能的影响
4.2.1 循环伏安测试
4.2.2 交流阻抗测试
4.2.3 恒流充放电测试
4.3 碳化气氛对表面石墨烯结构泡沫碳储锂性能的影响
4.3.1 循环伏安测试
4.3.2 交流阻抗测试
4.3.3 其他电化学性能测试
4.4 碳化时间对表面石墨烯结构泡沫碳储锂性能的影响
4.4.1 循环伏安测试
4.4.2 交流阻抗测试
4.4.3 恒流充放电测试
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池发展现状及其前景分析[J]. 闫金定. 航空学报. 2014(10)
[2]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜. 物理. 2007(08)
[3]电池技术的发展及展望[J]. 杨继光,马丽娟,陈巍. 宁夏工程技术. 2003(03)
[4]热诱导相分离法制备高分子微孔膜的原理与进展[J]. 骆峰,张军,王晓琳,许仲梓. 南京化工大学学报(自然科学版). 2001(04)
本文编号：3187311
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状及分析
1.2.1 石墨烯材料的结构与分类
1.2.2 三维石墨烯的制备方法及应用现状
1.2.3 锂离子电池的原理及分类
1.2.4 锂离子电池碳基负极研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 实验部分
2.1 实验药品及试剂
2.2 主要仪器和设备
2.3 材料制备方法
2.3.1 热诱导相分离法
2.3.2 聚丙烯腈泡沫的制备
2.3.3 泡沫碳的制备
2.4 结构表征方法
2.4.1 扫描电子显微镜
2.4.2 透射电子显微镜
2.4.3 拉曼光谱
2.4.4 X射线衍射法
2.4.5 X射线光电子能谱
2.4.6 氮吸附/脱附等温曲线
2.5 电化学性能测试方法
2.5.1 循环伏安法
2.5.2 交流阻抗法
2.5.3 恒流充放电测试
第3章 碳化工艺对泡沫碳及其表面石墨烯结构的影响
3.1 引言
3.2 聚丙烯腈泡沫的制备
3.3 碳化温度的影响
3.3.1 SEM结构分析
3.3.2 TEM结构分析
3.3.3 Raman结构分析
3.4 碳化气源的影响
3.4.1 SEM结构分析
3.4.2 TEM结构分析
3.4.3 XRD图谱分析
3.4.4 Raman图谱分析
3.4.5 XPS图谱分析
3.4.6 氮气脱吸附曲线分析
3.5 碳化时间的影响
3.5.1 SEM结构分析
3.5.2 TEM结构分析
3.5.3 Raman图谱分析
3.6 本章小结
第4章 表面石墨烯结构泡沫碳储锂性能的研究
4.1 引言
4.2 碳化温度对表面石墨烯结构泡沫碳储锂性能的影响
4.2.1 循环伏安测试
4.2.2 交流阻抗测试
4.2.3 恒流充放电测试
4.3 碳化气氛对表面石墨烯结构泡沫碳储锂性能的影响
4.3.1 循环伏安测试
4.3.2 交流阻抗测试
4.3.3 其他电化学性能测试
4.4 碳化时间对表面石墨烯结构泡沫碳储锂性能的影响
4.4.1 循环伏安测试
4.4.2 交流阻抗测试
4.4.3 恒流充放电测试
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池发展现状及其前景分析[J]. 闫金定. 航空学报. 2014(10)
[2]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜. 物理. 2007(08)
[3]电池技术的发展及展望[J]. 杨继光,马丽娟,陈巍. 宁夏工程技术. 2003(03)
[4]热诱导相分离法制备高分子微孔膜的原理与进展[J]. 骆峰,张军,王晓琳,许仲梓. 南京化工大学学报(自然科学版). 2001(04)
本文编号：3187311
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