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《鋰離子電池炭負(fù)極材料共改性研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文鋰離子電池炭負(fù)極材料共改性研究姓名：楊紹斌申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：化學(xué)工藝指導(dǎo)教師：胡浩權(quán)2001.1.1楊紹斌大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文(2000．11))i勿jh摘要一；～卜『／’歲夕、／J、{譬，：、羅。毒l’已
2、)t鋰離子電池迎合了現(xiàn)代信息技術(shù)對電池小型高能．的需求，是!I丘來發(fā)展最快的新型電池技術(shù)。通過低溫炭負(fù)極材料改性進(jìn)一步提高鋰離子電池性能具有很大發(fā)展?jié)摿?，是?dāng)前研究工作的重點及熱點。本文通過對大量碳可逆儲鋰機理及改性文獻(xiàn)的深入系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)受表面積大不可逆容量大的限制，目前改性方法單一，
3、不能充分發(fā)揮低溫炭表面儲鋰性能。本文從活化充分形成表面積，然后以沉積降低表觀表面積的共改性實驗手段入手．以期達(dá)到充分發(fā)揮表面儲鋰性能，提高鋰離子電池炭負(fù)極性能的目的。采用的活化方法為二氧化碳?xì)怏w活化和KOH藥品活化法，沉積方法為苯氣相沉積和酚醛樹脂沉積。采用三電極電解池體系，以炭為工作電極，金屬鋰片為參比電極和輔助電極，以PC／DME為電解液溶劑，LiCIO．為導(dǎo)電電解質(zhì)，測試炭的可逆儲鋰性能。采用活化和沉積共改性，與單一活化或沉積改性相比可使炭的可逆儲鋰性能進(jìn)一步提高。尤其是采用藥品活化后苯沉積對石油焦共改性時，第一次放電
4、量超過石墨理論可逆儲鋰容量，達(dá)407mAldg。藥品活化炭表面充分發(fā)育達(dá)2532m2／g，采用沉積改性后，可使其成為具有高可逆儲鋰性能的炭電極材料，為表面積大的炭材料做高性能可逆儲鋰材料提供了一條新途徑。本文詳細(xì)探討了氣體活化后沉積條件對炭電極性能的影響。發(fā)現(xiàn)隨沉積時間、沉積氣流標(biāo)態(tài)流量、苯體積濃度和炭顆粒粒度的增加炭電極可逆儲鋰性能提高，沉積溫度以7000C為宜，在沉積加熱前通入苯沉積氣流有利于炭電極性能提高。確定了石油焦類炭氣體活化后苯沉積改性的適宜條件。微晶層片邊緣表面性質(zhì)是影響炭可逆儲鋰性能的重要因素。在炭材料改性過
5、程中，微晶層片初始的長大，相當(dāng)于微晶層片邊緣表面的更新，這種表面的更新即有利于鋰離子通過炭表面順利進(jìn)出層間對層間儲鋰有利，同時也有利于表面儲鋰性能提高。這種表面的更新及其伴隨的無規(guī)則炭或微晶結(jié)構(gòu)缺陷含量的降低使炭可逆儲鋰性能大幅度提高。微晶層片邊緣結(jié)構(gòu)的改善是活化，沉積，活化后沉積改性有效的前提。當(dāng)活化后沉積采用有利于微晶層片直徑長大摘要的易石墨化材料進(jìn)行時，能使微晶層片邊緣表面進(jìn)一步改善，使炭可逆儲鋰性能大幅度提高。建立了一個新的含H石墨微晶結(jié)構(gòu)模型，運用該模型可以采用XRD測定的微晶結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行炭理想表面積，微晶平面和側(cè)
6、面面積，層間面積和H含量等參數(shù)計算。這一模型克服了炭孔徑過小N2吸附不能測定和表面積過大時測定值過高估計的缺點，提供了一種評價炭比表面積相對大小的新方法。模型研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)炭微晶邊緣結(jié)構(gòu)影響變?nèi)?，微晶層間距變化不大時，炭的可逆儲鋰性能主要受微晶尺寸影響。其中小于0．25V放電量隨微晶中層間面積的增加而增大，而大予0．25V放電量則隨炭理想表面積增加面增大。運用該模型不僅首次發(fā)現(xiàn)并建立了表面與放電量的關(guān)系，而且也為優(yōu)化微晶結(jié)構(gòu)尺寸、提高炭電極的可逆儲鋰性能提供了理論依據(jù)。以斜坡式放電曲線為基本形式，對低溫炭電極性能進(jìn)行了新的劃分
7、。實際放電曲線可以看作是斜坡式放電曲線與低壓(<0．25V)或高壓平臺(1v附近)的組合，共有4種放電曲線形式。當(dāng)H原子與微晶大共軛芳香碳層片邊緣連接時，作為表面儲鋰活性點產(chǎn)生的是斜坡式放電曲線。低壓平臺只在微晶層間距大時才產(chǎn)生。而高壓平臺在理想表面積和異原子含量(H或O)高時產(chǎn)生，當(dāng)異原子H或O不與微晶大共軛芳香碳層片相連則不具備可逆儲鋰性能。當(dāng)與暴露于孔隙中微晶表面上的大共軛芳香碳層片邊緣或?qū)又薪Y(jié)構(gòu)缺陷相連時才能產(chǎn)生高壓放電平臺。證明了樹脂改性用于低溫炭的有效性。當(dāng)用藥品活化后樹脂改性時，可使微晶層片堆積高度(Lc)或?qū)?/p>
8、數(shù)大幅度增加，而徽晶層片直徑(La)變化較小，這為調(diào)整微晶尺寸、制各Le／La大的炭材料提供了一種新途徑。采用碘液相吸附等溫線的方法表征了炭的孔隙結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)隨微孔比率的提高，炭的放電量呈先下降后上升的規(guī)律，而過渡孔和大孔未發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律。關(guān)鍵詞t鋰離子電，}也，鋰，電池，陽極，炭，活化，沉積，改性、／’＼／7、、楊紹斌大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文(2000．11)IMPRoⅥNGCARBONANoDESoFLITHIUM-IoNBATTERYBYCoMBINEDMETHoDSLithium—ionbatteryhasmushr
9、oomedthemostrapidlyduringthepastfewyears，becauseitmeetsthedevelopmentrequirementsofmodeminformationtechnologysuchashighcapacityandsmallvolume．The
