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包覆石墨与蔗糖基炭材料的大电流充放电性能研究

作　者: 胡步千
导　师: 王成扬
学　校: 天津大学
专　业: 化学工艺
关键词: 锂离子电池 大电流 人造石墨 蔗糖基炭材料
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


近些年来,锂离子电池被用作电动车等设备的动力电源,这对电池的功率密度提出了更高的要求。而锂离子电池的功率特性与电极材料密切相关。本文主要对锂离子电池的炭负极材料进行研究,改善其在大电流下充放电性能。本文分别以人造石墨和蔗糖为原料来制备锂离子电池炭负极材料,并对材料进行电化学性能研究。在本课题组前期研究的基础上,以水性中间相沥青(AMP)为包覆材料,采用少量多次的工艺对人造石墨进行包覆处理。SEM和电化学测试结果表明,20%质量比的AMP分二次包覆的效果最均匀,得到的炭材料在20mA/g的电流密度下具有最优的电化学性能,首次充放电效率为89.6%,放电容量为366.4mAh/g。而分四次包覆人造石墨得到的炭材料,其表面的无定性炭层较厚,其在100mA/g的电流密度下,可逆放电容量为268.6mAh/g,在各包覆样品中具有最大的容量保持率,达到76.3%。另外,在蔗糖原料中掺入不同质量比的膨胀石墨(EG),在800℃和1000℃下热解制得蔗糖基炭材料。通过扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线电子衍射(XRD),对蔗糖基炭材料的表面形态和内部结构进行表征。采用循环伏安(CV)和恒流充放电表征其电化学性能,并分析其储锂机理。电化学实验结果表明:掺入3%质量比的EG、在800℃下炭化得到的蔗糖基炭材料具有最优的大电流充放电性能,其在100mA/g的电流密度下,可逆放电容量为210mAh/g,容量保持率为85.5%;在200mA/g的电流密度下,可逆放电容量为178.6mAh/g,容量保持率为72.5%。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
前言  8-9
第一章 文献综述  9-24
  1.1 锂离子电池的发展简史与应用前景  9-10
  1.2 锂离子二次电池的结构及工作原理  10-12
    1.2.1 锂离子二次电池的结构  10-11
    1.2.2 锂离子二次电池的工作原理  11-12
  1.3 锂离子电池炭负极材料  12-14
    1.3.1 石墨  12-13
    1.3.2 易石墨化炭  13-14
    1.3.3 难石墨化炭  14
  1.4 炭负极材料储锂机理  14-19
    1.4.1 不可逆容量的产生机理  14-15
    1.4.2 石墨层间化合物的储锂机理  15-17
    1.4.3 无定形炭的储锂机理  17-19
  1.5 炭电极材料的改性与修饰  19-21
    1.5.1 元素掺杂  19-20
    1.5.2 炭材料表面氧化处理  20
    1.5.3 炭材料表面包覆处理  20-21
  1.6 炭负极材料的大电流充放电性能  21-22
  1.7 课题的提出及研究内容  22-24
第二章 炭材料制备方法和表征及电化学性能测试方法  24-31
  2.1 原料、试剂及仪器设备  24-26
  2.2 炭负极材料的制备  26-27
    2.2.1 水性中间相沥青(AMP)的制备  26
    2.2.2 AMP 少量多次包覆人造石墨材料的制备  26
    2.2.3 蔗糖基炭材料的制备  26-27
  2.3 炭材料分析与表征手段  27-29
    2.3.1 扫描电子显微镜技术(SEM)  28
    2.3.2 透射电子显微镜分析技术（TEM）  28
    2.3.3 热重量分析技术（TGA）  28
    2.3.4 红外光谱分析（FT-IR）  28
    2.3.5 X-射线衍射分析（XRD）  28-29
  2.4 电池的组装与测试  29-31
    2.4.1 模拟实验电池的组装  29
    2.4.2 模拟实验电池的电化学测试  29-31
第三章 包覆石墨的大电流充放电性能研究  31-41
  3.1 水性中间相沥青的结构和物理性能分析  31-33
    3.1.1 水性中间相沥青的IR 分析  31-32
    3.1.2 水性中间相沥青的热重分析  32-33
  3.2 包覆石墨材料的结构和物理性能分析  33-35
    3.2.1 包覆样品的SEM 表面分析  33-35
  3.3 包覆石墨电化学性能研究  35-39
    3.3.1 包覆石墨小电流充放电性能研究  35-36
    3.3.2 包覆石墨大电流充放电性能研究  36-38
    3.3.3 包覆石墨循环伏安测试  38-39
  3.4 本章小结  39-41
第四章 蔗糖基炭材料的大电流充放电性能研究  41-54
  4.1 蔗糖基炭材料的结构和物理性能分析  41-45
    4.1.1 蔗糖原料的热失重及脱水过程分析  41-43
    4.1.2 材料的SEM 表面分析  43
    4.1.3 材料的HRTEM 测试  43-44
    4.1.4 材料的XRD 测试  44-45
  4.2 蔗糖基炭材料电化学性能研究  45-53
    4.2.1 材料小电流充放电性能研究  45-49
    4.2.2 材料大电流充放电性能研究  49-51
    4.2.3 材料循环伏安测试  51-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章 结论和展望  54-56
  5.1 结论  54-55
  5.2 今后工作建议  55-56
参考文献  56-61
致谢  61

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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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