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水性粘结剂对石墨负极电化学性能的影响

作　者: 高丽霞
导　师: 郑洪河
学　校: 河南师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 锂离子电池 石墨负极 水性粘结剂 电化学性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


锂离子电池的研究始于20世纪80年代,90年代初日本索尼公司首先推出第一代锂离子电池,锂离子电池开始实现商业化。由于其具有优良的性能:如能量密度高,工作电压高(3.6V),体积小,质量轻,没有记忆效应,环境友好,自放电小,循环寿命长而倍受人们的重视和青睐[1]。三十年来,锂离子电池已经广泛应用于手机,电脑,摄像机等便携式电器上。目前正在进行混合动力汽车的商业化研究。锂离子电池的关键键材料包括正极材料、负极材料、电解质、隔膜和集流体等。粘结剂作为二次锂离子电池的辅助材料,虽然在电池生产过程中,粘结剂仅用于电极材料的混合和涂布阶段,却是电池不可或缺的组成部分,对电池的性能有着很大的影响,目前,电池中使用的粘结剂主要有:PVA(聚乙烯醇),PTFE(聚四氯乙烯),CMC(羧甲基纤维素钠),烯烃类(PE以及其他共聚物),粘结性能良好的SBR橡胶;氟化橡胶,PVDF(聚偏氟乙烯)等[2]。PVDF(聚偏氟乙烯)是商业化使用极为普遍的粘结剂,这种含氟的粘结剂有一定的缺点,易被电解质溶胀,使电极材料在集流体上粘结变差;与金属锂、碳化锂(LiC6)反应[3],影响电池的使用寿命和安全性能。本论文主要对比研究了几种水性粘结剂对锂离子电池石墨负极电化学性能的影响,比较几种新的水性粘结剂海藻酸钠、果胶酸钠和鹿角胶钠等对石墨负极性能的影响。并通过扫描电镜SEM微观手段探讨其内部结构的变化原因。主要实验结论如下:(1)以海藻酸,果胶酸和鹿角胶的钠盐作为水性粘结剂,与石墨负极组成电池,海藻酸钠石墨负极表现出良好的电化学性能。果胶酸钠石墨负极首次充、放电库伦效率较高。(2)用海藻酸与Li+、Na+、K+组成不同的盐作为水性粘结剂,与石墨负极组成电池,做同样的测试,结果海藻酸钠负极的性能仍然是最好的,海藻酸钾也表现出良好的性能。(3)用果胶酸与Li+、Na+、K+组成不同的盐作为水性粘结剂,与石墨负极组成电池,果胶酸钠粘结剂石墨负极性能较好。(4)海藻酸钠与PVDF比较,在首次充放电比容量、库伦效率和循环性能方面都表现出良好性能,但是在倍率性能上需要提高。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 锂离子电池基本知识  11-14
    1.1.1 锂离子电池的由来  11
    1.1.2 锂离子电池的构造及工作原理  11-12
    1.1.3 锂离子电池的分类  12-13
    1.1.4 锂离子电池发展简史  13-14
    1.1.5 锂离子电池的优缺点  14
  1.2 锂离子石墨负极  14-16
    1.2.1 锂电负极材料要求  14-15
    1.2.2 石墨负极研究现状  15
    1.2.3 石墨负极的优、缺点  15-16
    1.2.4 石墨负极工作原理  16
  1.3 锂离子电池粘结剂使用概况  16-22
    1.3.1 锂离子电池油性粘结剂的使用概况  18-19
    1.3.2 锂离子电池水性粘结剂的使用概况  19-22
    1.3.3 总结和趋势  22
  1.4 本文的主要研究内容和方向  22-23
第二章 实验方法  23-27
  2.1 实验试剂  23-24
  2.2 仪器与设备  24
  2.3 实验步骤  24-27
    2.3.1 粘结剂的配制  24
    2.3.2 电极的制备和电化学性能测试  24-25
    2.3.3 电化学循环后的石墨电极表征  25-27
第三章 海藻酸钠、果胶酸钠和鹿角胶钠水性粘结剂对石墨负极的影响  27-37
  3.1 石墨负极充、放电性能  27-32
    3.1.1 石墨负极恒电流充、放电曲线  27-29
    3.1.2 石墨负极在不同倍率下的充、放电性能  29-30
    3.1.3 石墨负极的循环性能  30-32
  3.2 石墨负极的循环伏安特性  32-33
  3.3 石墨负极循环前后电镜对比图  33-34
  3.4 小结  34-37
第四章 海藻酸锂、钠和钾盐水性粘结剂对石墨负极的影响  37-45
  4.1 石墨负极充、放电性能  37-41
    4.1.1 石墨负极前三次充、放电曲线  37-39
    4.1.2 石墨负极在不同倍率下的循环性能  39-40
    4.1.3 石墨负极的倍率性能  40-41
  4.2 石墨负极循环伏安图  41-42
  4.3 石墨使用不同粘结剂时的扫描电镜图  42-43
  4.4 小结  43-45
第五章 果胶酸锂、钠和钾盐水性粘结剂对石墨负极的影响  45-53
  5.1 石墨负极充、放电性能  45-48
    5.1.1 石墨负极前三次循环恒电流充、放电曲线  45-47
    5.1.2 石墨负极在不同倍率下充、放电性能  47-48
    5.1.3 石墨负极五十次循环性能  48
  5.2 石墨负极的循环伏安特性  48-49
  5.3 石墨负极使用不同粘结剂时的电镜图  49-50
  5.4 小结  50-53
第六章PVDF 与海藻酸钠粘结剂对石墨负极性能影响对比  53-59
  6.1 石墨负极的循环伏安特性  53
  6.2 石墨负极前三次循环恒电流充、放电曲线  53-57
    6.2.1 电池的前三次充、放电性能  53-55
    6.2.2 石墨负极使用PVDF 和海藻酸钠做粘结剂时的倍率性能  55-56
    6.2.3 石墨负极使用PVDF 和海藻酸钠做粘结剂时的循环性能  56-57
  6.3 石墨负极使用不同粘结剂时的扫描电镜图  57
  6.4 小结  57-59
第七章 结语  59-61
参考文献  61-67
致谢  67-68
攻读学位期间发表的学术论文目录  68-69

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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