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长岭石油焦用作锂离子电池负极材料的可行性研究

专 业: 材料学
关键词: 锂离子电池 炭负极材料 长岭石油焦 最高热处理温度、与电解液的相容性 其他影响因素 循环性能的估侧
分类号: TM2
形 态: 共 75 页 约 49,125 个字 约 2.35 M内容
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内容摘要


研究了试样与电解液的相容性和SEI膜的关系.结合恒电流充、放电实验,采用正交法分析了C<,3000-2>试样的炭膜中导电剂乙炔黑的含量A、C<,3000-2>试样的粒度B、粘结剂PTFE的含量C和充、放电电流密度D对C<,3000-2>负极材料的充、放电性能的影响.试验结果表明:1.HTT<,max>对长岭石油焦试样的微观结构和充、放电性能有很大影响.当HTT<,max><1800℃时,长岭石油焦试样属于乱层结构,石墨微晶尚未出现或数量很少,贮锂机制为孔隙贮锂,由于孔隙的大小不一,插锂时克服阻力所需的电位也不同,因此充、放电曲线呈V字形,无充、放电电位平台;随着HTT<,max>的增大,材料中孔隙逐渐变小、变少,充、放电容量也逐渐变小;HTT<,max>=1800℃时,微孔几乎消失,而石墨微晶又少又小,因此试样的充、放电容量最低;HTT<,max>>1800℃时,石墨微晶迅速成长,充、放电容量迅速增大,充、放电曲线为U字形,充、放电平台低而平稳,循环性能良好,为典型的石墨微晶层间嵌锂机制;当HTT<,max>=3000℃时,采用热处理工艺制度1所得试样C<,3000-1>在1mol/L LiClO<,4>/EC+DMC1:1电解液中第三循环的放电容量D<,3>=289.2mAh/g充、放电效率η<,3>=93.6%;采用热处理工艺制度2所得的C<,3000-2>试样的第三循环的放电容量D<,3>=346.3mAh/g充、放电效率η<,3>=94.6%,表现出更为优异的充、放电性能.2.C<,3000-2>试样在不同的电解液中,首次充电过程中形成的SEI膜化学组分均为碳酸锂和烷基碳酸锂,但在EC基电解液中形成的SEI膜薄而致密,可有效地阻止溶剂化锂离子插入石墨烯层问,不可逆容量少,表现出与C<,3000-2>负极材料有良好的相容性;在PC基电解液中形成的SEI膜厚且有缺陷,不能有效地阻止溶剂化锂离子插入石墨层间,不可逆容量大,与C<,3000-2>负极材料的相容性极差.3.C<,3000-2>试样的炭膜中导电剂乙炔黑的含量A、C<,3000-2>试样的粒度B、粘结剂PTFE的含量C和充、放电电流密度D对C<,3000-2>负极材料的充、放电性能均有影响,但程度不同.对C<,3000-2>负极材料在lmol/L LiClO<,4>/EC+DMC1:1电解液中第三循环放电容量的影响顺序为:C>B>A>D;对第三循环充、放电效率的影响顺序为:D>B>A=C.C<,3000-2>试样的第三循环放电容量达到最大时各因素的水平与第三循环充、放电效率最大时并不一致.考虑到各因素对第三循环充、放电效率影响的极差都不大,当充、放电电流密度I=10mA/g时,可选取组合A<,2>B<,2>C<,3>D<,1>D<,3>=349.0mAh/g、η<,3>=93.7%;当充、放电电流密度I=15mA/g时,可选取组合A<,1>B<,2>C<,2>D<,2>D<,3>=346.3mAh/g、η<,3>=94.6%;当充、放电电流密度I=20mA/g时,可选取组合A<,2>B<,1>C<,2>D<,3>D<,3>=335.5mAh/g、η<,3>=96.3%的组合.4.采用粉术微电极法研究了C<,3000-2>试样在1mol/l LiC1O<,4>/EC+DMC1:1电解液中的循环性能,实验结果表明该试样是一种循环性能优越的LIB负极材料,充、放电到第500循坏时,放电容量仍保持了最大放电容量的85.02%,充、放电效率为94.96%……

全文目录


摘要
第一章 绪论
1.1 锂离子电池LIB的现状及发展趋势
1.2 LIB负极材料研究现状
1.3 论文研究的背景
1.4 论文研究的内容
第二章 试样制备及实验方法
2.1 实验仪器和设备
2.2 隔膜、试剂与电解液
2.3 试样的制备
2.4 试样电化学性能的测试
2.5 试样密度的测定与微观结构分析
2.6 试样表面SEI膜的傅立叶红外FTIR分析
第三章 热处理工艺制度对试样的微观结构及充、放电性能的影响
3.1 热处理工艺制度对试样的密度及微观结构的影响
3.2 热处理工艺制度对试样充、放电性能的影响
3.3 试样的宏观电化学性能与微观结构的关系
3.4 小结
第四章 试样与电解液的相容性
4.1 C_3000-2试样在不同电解液中的恒电流充、放电性能
4.2 C_3000-2试样在不同电解液中的循环伏安特性
4.3 C_3000-2试样表面在不同电解液中形成的SEI膜的FTIR分析
4.4 小结
第五章 影响C_30000-2试样用作LIB负极材料时充、放电性能的其他次要因数
5.1 炭膜中导电剂的含量、C_3000-2试样的粒度、炭膜中粘结剂的含量以及充、放电电流密度对C_3000-2试样充、放电性能的影响
5.2 实验结果与分析
5.3 小结
第六章 C_3000-2试样循环性能的估测
6.1 循环伏安法估测试样循环性能的原理
6.2 实验结果
6.3 分析讨论
6.4 小结
结论
参考文献

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