面向锂电池的碳纤维复合功能结构制备及性能研究

发布时间：2021-11-09 05:47

　　各领域持续增长的大规模绿色能源存储需求对锂电池的综合性能提出了更高要求。锂离子电池和锂硫电池是锂电池体系中最具前景的两个分支,近年来受到了广泛关注,但大多数研究均集中在电极活性材料的开发与改良上,忽视了电池内部功能组件的协同优化。针对目前商用锂离子电池负极集流体与活性物质接触不紧密,结合强度较低,以及锂硫电池的多硫化物穿梭效应严重,活性物质利用率低下等问题,本文以多孔碳纤维复合功能结构设计为手段,围绕锂离子电池三维多孔负极集流体和锂硫电池多硫化物阻隔层的制造及其对电池电化学性能的影响机理展开系统研究。主要研究内容如下:（1）CuO/Cu/CF三维多孔复合集流体的制备结合湿法抄造与热压成型技术制备短切碳纤维毡以构筑起多孔基体,采用碳纤维表面金属化工艺得到铜镀碳纤维毡以提高其导电性,并借助液相氧化处理引入具有电化学活性的CuO表面结构,得到CuO/Cu/CF三维多孔复合集流体。（2）锂离子电池CuO/Cu/CF集流体的性能研究以中间相碳微球（MCMB）为活性物质,通过电化学阻抗测试、循环伏安测试和循环充放电测试等系统研究CuO/Cu/CF复合集流体对锂离子电池性能的影响,揭示其纤维网络结构... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：96 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池的商业用途上世纪年代初，采用钴酸锂（理论比容量为）和石墨（理论

华南理工大学硕士学位论文4过程开始工作，当电池充电时，Li+从正极LiCoO2中脱出，通过电解液迁移并穿过隔膜的微孔到达负极后嵌入石墨的层状晶格结构中，另一方面，与Li+脱嵌数量相等的电子从正极经过正极集流体和外电路传递至负极，接着通过负极集流体被石墨接收以维持电荷平衡，而电池放电时发生的反应则与上述过程相反。锂离子电池的充放电反应式如下：2162iCoO6CLiLiLCoOCxx充电放电（1-1）图1-2锂离子电池的工作原理图[6]与锂离子电池的Li+脱嵌式工作机理不同，锂硫电池充放电是基于氧化还原转化反应机理，如图1-3(a)所示。由于正极采用的活性物质单质硫分子S8对应电池的充电状态，因此装配好的锂硫电池以放电过程开始工作。图1-3(b)所示为锂硫电池的典型充放电曲线，在放电过程中，金属锂负极被氧化，释放出Li+和电子，Li+以电解液为传输介质迁移至硫正极，电子则通过外电路到达正极，正极侧的活性物质S8接收Li+和电子后，先是形成一系列中间产物（多硫化合物Li2Sx，2<x≤8），最终被还原成Li2S。锂硫电池的充放电反应式如下：8216Li+S8LiS￥}@放电充电（1-2）图1-3锂硫电池的充放电过程：(a)锂硫电池的工作原理图[23]；(b)锂硫电池的典型充放电曲线[24]

华南理工大学硕士学位论文4过程开始工作，当电池充电时，Li+从正极LiCoO2中脱出，通过电解液迁移并穿过隔膜的微孔到达负极后嵌入石墨的层状晶格结构中，另一方面，与Li+脱嵌数量相等的电子从正极经过正极集流体和外电路传递至负极，接着通过负极集流体被石墨接收以维持电荷平衡，而电池放电时发生的反应则与上述过程相反。锂离子电池的充放电反应式如下：2162iCoO6CLiLiLCoOCxx充电放电（1-1）图1-2锂离子电池的工作原理图[6]与锂离子电池的Li+脱嵌式工作机理不同，锂硫电池充放电是基于氧化还原转化反应机理，如图1-3(a)所示。由于正极采用的活性物质单质硫分子S8对应电池的充电状态，因此装配好的锂硫电池以放电过程开始工作。图1-3(b)所示为锂硫电池的典型充放电曲线，在放电过程中，金属锂负极被氧化，释放出Li+和电子，Li+以电解液为传输介质迁移至硫正极，电子则通过外电路到达正极，正极侧的活性物质S8接收Li+和电子后，先是形成一系列中间产物（多硫化合物Li2Sx，2<x≤8），最终被还原成Li2S。锂硫电池的充放电反应式如下：8216Li+S8LiS￥}@放电充电（1-2）图1-3锂硫电池的充放电过程：(a)锂硫电池的工作原理图[23]；(b)锂硫电池的典型充放电曲线[24]


本文编号：3484746