铝离子电池正极碳材料的研究
发布时间：2022-02-10 05:07
21世纪人类面临着能源和环境两大挑战,因此开发新一代高效清洁的可再生新能源是实现人类社会高效和可持续发展的必然要求。由于锂电池存在锂资源稀缺,以及高成本和安全性等问题,因此作为下一代超高容量电池的可充放电铝离子电池,引起了关注和研究。铝离子电池具有理论能量密度高（8046 m Ah/cm3）,储量广泛,成本低廉,安全可靠的特点。目前,铝离子电池正极材料的研究,主要分为过渡金属氧化物,硫氯化物,以及碳材料等方向。本文首先以导电碳毡为正极材料,通过测试多种集流体、负极材料、隔膜、电解液以及封装工艺,制作出了可以循环稳定使用的铝离子电池结构。然后采取用这种制备工艺,对人工石墨薄膜,碳纤维纸和导电碳毡进行研究。实验结果表明人工石墨首次放电能力好,循环保持能力极差;碳纤维纸放电比容量较低,但是循环稳定性良好,放电比容量随着循环不断增长;碳毡密度大,放电比容量低。综合来看碳纤维纸的整体性能最为良好,因此选择其作为铝离子电池的正极材料进行改性处理,以提高电池的性能。本文进而对碳纤维纸进行造孔和表面处理。首先采用热氧化的方法进行处理,随着温度的升高,最先发生反应的是碳纤维表面存在结构缺陷的区域,碳纤维...
【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】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FeS2充放电反应理论模型（55℃）
图 1-3 碳正极材料铝离子电池充放电过程示意图[36]由于石墨烯具有良好的物理，机械和电化学性能，良好的导热性和导电性，高的比表面积，石墨烯已经成为了电池领域的一个可行选择。Dai 等[38]使用三维石墨烯材料作为铝离子电池的正极和负极材料。具有 70mAhg-1的较高比容量，库伦效率超过 98%，而且是在铝离子电池第一次具有 2 V 的高放电平台。同时具有柔性结构的三维石墨烯材料，显示出非常稳定的循环寿命。他们将 AlCl3与[EMIm] Cl的摩尔比优化确定为 1.3，同时证明了较高含水量会导致库伦效率的降低。Yang 等[39]采用了一种独特的方法，使用泡沫镍通过化学气相沉积 CVD 的方法，来制备三维石墨烯结构。通过调整泡沫镍的孔径大小和电镀时间，来优化三维石墨烯的结构参数。研究发现通过增加三维石墨烯的密度，导电率能够提高。这种正极材料在 3000 mA g-1的电流密度下，具有 57 mAh g-1的容量，并且能在两百个循环周期内保持很高的库伦效率。然而这些石墨烯材料虽然表现出了优异的电化学性能，但是放电比容量只能达到 60~66mAhg-1。为了进一步提高铝离子电池的放电能力，Yu[40]等人采用等离
图 1-4 铝/石墨电池的结构示意图[38]极材料在铝离子电池中，具有循环稳定性好，充放电倍率高，放天然石墨表现出良好的容量，但是循环寿命低，平均电压低。商达到较高的工作电压但是会发生结构分解、体积膨胀和自放电的熔融盐的环境下，表现出良好的电化学性能，但是，过高的温度他材料碳材料，过渡金属氧化物，硫化物和氯化物之外，其还有一些其子电池。Hudak[41]使用掺杂氯铝酸盐的聚合物，如聚吡咯（PP）使用的电解液为 AlCl3:[EMIm] Cl = 2:1。这种正极材料制备的电 30~100 mAh g-1。PP 作为正极材料是，在放电电流为 0.2 C（2放电比容量接近 71 mAh g-1，经过 100 次循环后还有 49 mAh 极材料更有希望，初始放电比容量为 90 mAh g-1，在 0.2 C 电
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子之外:钠和镁离子电池的电极材料（英文）[J]. Robert C.Massé,Evan Uchaker,曹国忠. Science China Materials. 2015(09)
本文编号：3618303
【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】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FeS2充放电反应理论模型（55℃）
图 1-3 碳正极材料铝离子电池充放电过程示意图[36]由于石墨烯具有良好的物理，机械和电化学性能，良好的导热性和导电性，高的比表面积，石墨烯已经成为了电池领域的一个可行选择。Dai 等[38]使用三维石墨烯材料作为铝离子电池的正极和负极材料。具有 70mAhg-1的较高比容量，库伦效率超过 98%，而且是在铝离子电池第一次具有 2 V 的高放电平台。同时具有柔性结构的三维石墨烯材料，显示出非常稳定的循环寿命。他们将 AlCl3与[EMIm] Cl的摩尔比优化确定为 1.3，同时证明了较高含水量会导致库伦效率的降低。Yang 等[39]采用了一种独特的方法，使用泡沫镍通过化学气相沉积 CVD 的方法，来制备三维石墨烯结构。通过调整泡沫镍的孔径大小和电镀时间，来优化三维石墨烯的结构参数。研究发现通过增加三维石墨烯的密度，导电率能够提高。这种正极材料在 3000 mA g-1的电流密度下，具有 57 mAh g-1的容量，并且能在两百个循环周期内保持很高的库伦效率。然而这些石墨烯材料虽然表现出了优异的电化学性能，但是放电比容量只能达到 60~66mAhg-1。为了进一步提高铝离子电池的放电能力，Yu[40]等人采用等离
图 1-4 铝/石墨电池的结构示意图[38]极材料在铝离子电池中，具有循环稳定性好，充放电倍率高，放天然石墨表现出良好的容量，但是循环寿命低，平均电压低。商达到较高的工作电压但是会发生结构分解、体积膨胀和自放电的熔融盐的环境下，表现出良好的电化学性能，但是，过高的温度他材料碳材料，过渡金属氧化物，硫化物和氯化物之外，其还有一些其子电池。Hudak[41]使用掺杂氯铝酸盐的聚合物，如聚吡咯（PP）使用的电解液为 AlCl3:[EMIm] Cl = 2:1。这种正极材料制备的电 30~100 mAh g-1。PP 作为正极材料是，在放电电流为 0.2 C（2放电比容量接近 71 mAh g-1，经过 100 次循环后还有 49 mAh 极材料更有希望，初始放电比容量为 90 mAh g-1，在 0.2 C 电
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子之外:钠和镁离子电池的电极材料（英文）[J]. Robert C.Massé,Evan Uchaker,曹国忠. Science China Materials. 2015(09)
本文编号：3618303
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3618303.html
