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锂离子电池碳负极材料的表面修饰及相关机理研究

专 业: 应用化学
关键词: 锂离子电池 负极 石墨 酚醛树脂 包覆 掺杂
分类号: TM201.3
形 态: 共 94 页 约 61,570 个字 约 2.945 M内容
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内容摘要


该文采用树脂包覆和等离子体镀膜两种方法对天然石墨进行表面改性,并结合多种分析手段如FTIR、TGA、SEM、XRD、XPS和电化学测试方法对所得材料进行了分析测试。

制备了不同交联度的热固性酚醛树脂PF包覆石墨材料并在不同温度下进行热解,考察了前体交联度和热处理温度对所得无定形炭的体相结构的影响。

XRD结果表明,热解炭材料的有序化程度随热处理温度的升高而增大。

首次提出制备以酚醛树脂为壳材料的复合石墨负极的最优化制备条件为1:1的甲醛苯酚比、3:1的石墨树脂混合比和1000℃的热处理温度。

在这一条件下制得的复合材料首次放电容量最高达到460mAh·g<-1>以上,高于未处理石墨的放电容量384mAh·g<-1>;充放电循环结果显示,循环20周后包覆石墨的容量仍保持在330mAh·g<-1>以上,而未处理石墨的容量则降低到300mAh·g<-1>以下。

循环后电极的扫描电镜结果显示,包覆后石墨电极的粉化现象明显减轻。

首次制备了掺硼酚醛树脂BPF热解碳包覆石墨材料。

制备了掺磷酚醛树脂PPF热解碳包覆石墨材料。

XRD结果表明,磷酸的引入促进了石墨微晶的生长和堆叠,并降低了微晶层间距;XPS结果显示,磷在碳中主要是与碳环相连;电化学性能测试结果表明,PPF包覆处理后,碳材料放电曲线在低电位区小于0。

5V的容量增加,磷的掺杂改善了脱嵌过程中的电位滞后:

石墨的首次充放电容量得到较为明显的提高,容量分别达到683.3mAh·g<-1>和461.1 mAh·g<-1>,高于未处理石墨材料;可逆容量也比未处理石墨提高了20mAh·g<-1>左右。

充放电循环结果和扫描电镜显示,由于PPF热解碳包覆层的存在,电极材料在循环中的粉化现象也得到一定程度的抑制。

关于掺磷酚醛树脂热解碳包覆石墨材料的研究未见报导……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1引言
1.2锂离子电池概述
1.2.1锂二次电池和锂离子电池的产生与发展
1.2.2锂离子电池工作原理
1.3锂离子电池负极材料的研究现状
1.3.1锂离子电池碳负极材料概述
1.3.2锂离子电池非碳负极材料
参考文献
第二章 实验内容
2.1树脂前体的合成
2.1.1酚醛树脂前体的合成
2.1.2含化学键接硼原子的酚醛树脂的合成
2.1.3含化学键接磷原子的酚醛树脂的合成
2.2石墨的表面包覆及高温裂解处理
2.2.1 PF包覆石墨
2.2.2 BPF包覆石墨
2.2.3 PPF包覆石墨
2.3材料的结构及物理性能的表征
2.3.1酚醛树脂的红外分析FTIR
2.3.2酚醛树脂的热失重TGA分析
2.3.3复合炭材料的X射线衍射XRD分析
2.3.4电极极片的光电子能谱XPS分析
2.3.5电极极片的扫描电电镜SEM分析
2.4炭材料的电化学性能测试
2.4.1极片的制备
2.4.2电化学性能的测试
2.5等离子体真空多弧镀处理石墨电极
参考文献
第三章 酚醛树脂包覆石墨材料的性能研究
3.1引言
3.2实验结果与讨论
3.2.1酚醛树脂简介
3.2.2酚醛树脂的红外光谱分析
3.2.3酚醛树脂的热失重分析
3.2.4 X射线粉末衍射分析
3.2.5复合炭材料的正交实验测试结果
3.2.6复合炭材料的电化学性能测定
3.3小结
参考文献
第四章 掺硼酚醛树脂包覆石墨材料的性能研究
4.1引言
4.2实验结果与讨论
4.2.1 BPF包覆石墨复合碳材料的首次充放电容量
4.2.2掺硼酚醛树脂的红外光谱分析
4.2.3 BPF2树脂的热失重分析
4.2.4 X射线粉末衍射分析
4.2.5 BPF2包覆石墨的首次充放电特性
4.2.6 BPF2包覆石墨的电化学循环性能
4.2.7 BPF2热解炭的X光电子能谱XPS分析
4.2.8硼对碳材料结晶过程的影响机理
4.2.9掺硼碳材料的晶格气体模型分析
4.3小结
参考文献
第五章 掺磷酚醛树脂包覆石墨材料的性能研究
5.1引言
5.2实验结果与讨论
5.2.1 PPF包覆石墨复合碳材料的首次充放电容量
5.2.2 PPF树脂的红外光谱分析
5.2.3 X射线粉末衍射分析
5.2.4 PPF2包覆石墨的首次充放电特性
5.2.5 PPF2包覆石墨的电化学循环性能
5.2.6 PPF2热解炭的X光电子能谱XPS分析
5.2.7掺磷对炭材料嵌锂性能的影响
5.3小结
参考文献
第六章 等离子体处理对碳电极电化学性能的影响的初步研究
6.1引言
6.2实验结果与讨论
6.2.1低温等离子体技术的原理
6.2.2等离子体处理对天然石墨负极的电化学性能影响
6.2.3等离子体处理对合成石墨MCMB负极的电化学性能影响
6.3小结
参考文献
第七章 总结与讨论

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中图分类: > TM201.3 > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 一般性问题 > 理论

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