锂离子电池石墨负极材料的制备与改性研究

摘要

锂离子电池以其放电比容量大、能量密度高、循环放电性能好、材料来源广价位低廉等优点，因而成为目前使用最多的二次电池。近年来，对于电池材料的研究成为了研究重点，尤其是复合型材料更是被广泛研究。正是由于这种复合型电极材料所具有更为优越的电化学性能，对于电池的电化学性能有着很大的促进作用。因此，本文主要研究了不同种复合材料的电化学性能，通过改变实验工艺条件来提高负极材料的综合性能，并采用X射线衍射分析仪（XRD）、电子扫描显微镜（SEM）、电化学工作站等一系列测试设备对材料进行表征分析，得到最佳的实验工艺。
　　在浓硫酸的作用下对材料进行氧化处理，通过酚醛树脂对材料进行包覆处理以此来对氧化石墨的晶体结构进行改善，制备性能较好的负极材料。对材料的包覆量、煅烧温度、煅烧时间进行研究，最终检测结果表明：以煅烧时间为7 h，煅烧温度750℃为前提，酚醛树脂的包覆量为9％时材料相对其他包覆量下以及单一的氧化石墨型电极材料整体具有更为优越的电化学性能。在0.1 C倍率下，包覆量为9%时材料的首次放电比容量为953 mAh/g，包覆量为3%时材料的首次放电比容量为784 mAh/g，包覆量为15%时材料的首次放电比容量为849 mAh/g，相对于氧化石墨电极材料的理论放电比容量372 mAh/g有着较大的提升，在最优条件下材料20次循环放电后容量保持率仍在98%以上、且材料的电化学阻抗表现最为良好，对于电极材料的综合电化学性能有着很好的提升作用。
　　通过掺杂钛基材料对氧化石墨进行改性研究，制备钛-氧化石墨型复合负极材料，并通过一系列表征测试，结果表明：当钛基材料的掺杂量为10%煅烧温度600℃煅烧时间7h的条件下复合材料的晶体结构最佳，材料的表观形貌较好，没有出现团聚现象。材料首次放电比容量达到了917 mAh/g，掺杂量相同的条件下相对于500℃、700℃分别提高了117 mAh/g与102 mAh/g，材料的整体循环效率分别提高了1.92%与5.83%，材料在20次循环放电过程中表现出很好的循环特性，循环效率始终保持在98%~100%之间，放电平稳。
　　通过掺杂硅基材料制备硅-氧化石墨复合型材料，讨论研究了掺杂量、煅烧温度、不同倍率下复合负极材料的综合电化学性能，测试分析表明：在煅烧时间为7 h，煅烧温度为650℃，掺杂量为15%时材料晶型结构完整，膨胀充分，材料表观形貌平整，没有出现小颗粒或聚集现象。在0.1 C倍率下复合材料的首次放电比容量为803 mAh/g，并且在该温度下材料的不可逆比容量最小为48 mAh/g，材料的循环效率为94.02%。随着倍率的逐渐增大0.1 C、0.2 C、0.5 C、1.0 C，材料整体的首次充放电性能有所下降，分别为803 mAh/g、715 mAh/g、677 mAh/g、559 mAh/g。20次循环后材料的循环效率分别为96.5%、96%、89%、87%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 锂离子电池的概述

1.3 锂离子电池负极材料

1.4实验选题依据及研究的内容与意义

第2章 实验部分

2.1 实验材料与仪器

2.2 电极材料的制备

2.3 电池的组装

2.4 电池材料的表征及电化学性能测试

第3章 石墨负极材料的制备与包覆改性的研究

3.1 石墨负极材料的性能分析

3.2 不同煅烧时间对负极材料性能的影响

3.3 不同煅烧温度对负极材料性能的影响

3.4 酚醛树脂包覆量对石墨负极材料性能的影响

3.5 本章小结

第4章 掺杂钛基材料对负极材料的改性研究

4.1 不同钛基材料掺杂量对石墨负极材料的改性研究

4.2 不同煅烧温度对钛基/氧化石墨复合材料的改性研究

4.3 本章小结

第5章 掺杂硅基材料对负极材料的改性研究

5.1 不同硅基材料掺杂量对石墨负极材料的改性研究

5.2 不同煅烧温度对硅基/氧化石墨复合材料的改性研究

5.3 优化后材料的电化学性能的研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢