锂离子电池论文：酚醛树脂热解炭包覆石墨化针状焦用于锂离子电池负极材料的研究

锂离子电池论文：酚醛树脂热解炭包覆石墨化针状焦用于锂离子电池负极的研究 锂离子电池论文:酚醛树脂热解炭包覆石墨化针状焦用于锂离子电池负极材料的研究 【中文摘要】本文选用石墨化针状焦作为原材料,采用酚醛树脂包覆、双氧水面氧化及包覆-氧化相复合等改性手段制备高容量、高效率、长寿命的锂离子电池负极材料,系统考察了酚醛树脂包覆量、炭化温度、表面氧化及氧化-包覆改性对石墨化针状焦微晶结构和电化学性能的影响。采用有机溶剂热抽滤法制备酚醛树脂热解炭包覆石墨化针状焦复合材料,考察酚醛树脂包覆量及炭化温度对复合材料微晶结构和电化学性能的影响。研究发现,复合材料的首次充放电效率随包覆量及炭化温度的增加均呈现先增加后减小的趋势,当酚醛树脂包覆量为20%、炭化温度为800?时,复合材料的电化学性能最好,其首次充电容量及库仑效率分别为328.19mAh/g和87.85%,50次循环充放电后充电容量为309.59mAh/g,容量保持率为83.06%。采用双氧水表面氧化法处理石墨化针状焦,并采用包覆—氧化相复合的改性方法制备优质针状焦复合材料。研究发现,表面氧化可以改变材料表面官能团的种类,提高针状焦材料与电解液的兼容性;在表面氧化处理后的石墨化针状焦外包覆一层酚醛树脂热解炭,可以进一步改善复合材料的电化学性能。研究结果表明:经过30%双氧水氧化、20%酚醛树脂热解炭包覆的石墨化针状焦复合材料具有良好的电化学性能,其首次充电容量及库仑效率分别为358.65mAh/g和90.56%,50次充放电循环后充电容量为340.66mAh/g,容量保持率为86.33%。本论文对低成 本高容量锂离子电池负极材料的研究和开发具有一定的参考价值和 指导意义。 【英文摘要】Graphitized needle coke was used as anode material for lithium ion battery (LIB) in this paper. The LIB anode material with outstanding performance in capacity, efficiency and cycle abilities was prepared by phenolic resin coating, surface oxidation and oxidation-coating. The influence of the amount of resin, carbonization temperature and surface oxidation-coating on the composites’ microcrystalline structure and electrical performances were studied.The composite needle coke was prepared by solidifying phenolic resin on the surface. Then the influence of the amount of resin and carbonization temperature was discussed, and it turned out that the the first charge and discharge efficiency of the composite increased and then decreased along with the increasing amount of resin and temperature of carbonization. The results indicated that the composites’performance was best when it had 20% phenolic resin and then carbonized under 800?, the first charge capacity and charge-discharge efficiency were 328.19mAh/g and 87.85%, the charge capacity after 50 cycles still remains 309.59 mAh/g, and the capacity retention rate was 83.06%.After surface oxidized by H2O2 and coated by phenolic resin, this new composites’ crystal structure and electrical performance was studied. It is found that surface oxidation can change the type of functional groups of the material and improve the compatibility of needle coke with the electrolyte. The results showed that the composite which coated 20% phenolic resin after surface oxidized by 30% H2O2 exhibited good electrochemical performance, the first charge capacity and charge-discharge efficiency were 358.26mAh/g and 90.56%, the charge capacity after 50 cycles still remains 340.66mAh/g, and the capacity retention rate was 86.04%. These researches were important to develop anode materials for lithium ion battery with low-cost and good electrochemical performance. 【关键词】锂离子电池 针状焦 酚醛树脂 包覆 【备注】索购全文在线加我:13.993.8848 同时提供论文辅导写作和学术期刊论文发表服务 本文为学术文献总库合作提供，无涉版权。作者如有异议请与总库或学校联系。 【英文关键词】lithium ion battery needle coke phenolic resin coating 【目录】酚醛树脂热解炭包覆石墨化针状焦用于锂离子电池负极 材料的研究 摘要 5-6 ABSTRACT 6 第1章 绪论 10-27 1.1 课题背景及研究意义 10 1.2 锂离子电池简 介 10-15 1.2.1 锂离子电池的结构及组成 10-12 1.2.2 锂离子电池的分类 12 1.2.3 锂离子电池的特点 12-14 1.2.4 锂离子电池的工作原理 14-15 1.3 锂离子电池国内外发展情况 15-16 1.4 锂离子电池负极材料的研究 16-19 1.4.1 锂离子电池负极材料的嵌锂特点 16-17 1.4.2 炭类负极材料 17-19 1.4.2.1 石墨 17-18 1.4.2.2 软炭 18 1.4.2.3 硬炭 18-19 1.5 锂离子电池负极材料嵌锂机理 19-20 1.5.1 石墨层间化合物的储锂机理 19 1.5.2 纳米孔储锂机理 19 1.5.3 不可逆容量的产生机理 19-20 1.6 炭类负极材料的改性方法 20-22 1.6.1 表面氧化改性处理 20-21 1.6.2 表面包覆改性处理 21-22 1.6.3 掺杂改性处理 22 1.6.4 机械研磨改性处理 22 1.6.5 其它改性方法 22 1.7 锂离子电池负极材料的市场情况 22-23 1.8 锂离子电池负极材料的发展趋势 23-24 1.9 针状焦用作锂离子电池负极材料的特点 24-25 1.10 选题依据及主要研究 25-27 第2章 实验部分 27-32 2.1 原料与试剂 27 2.1.1 原料 27 2.1.2 化学试剂 27 2.2 主要实验仪器和设备 27-28 2.3 微观结构分析表征 28-29 2.3.1 X-射线衍射分析(XRD) 28 2.3.2 扫描电镜分析(SEM) 28 2.3.3 热重-差热分析 (TG-DSC) 28 2.3.4 比表面积(BET)和孔径分布测试 28-29 2.4 锂离子电池的组装 29-30 2.4.1 负极电极的制备 29 2.4.2 对电极和参比电极 29 2.4.3 隔膜和 电解液 29-30 2.4.4 电池的组装 30 2.5 电化学性能测试 30-32 2.5.1 恒流充放电测试(D-C) 30-31 2.5.2 循环伏安测试(CV) 31 2.5.3 交流阻抗测试(EIS) 31-32 第3章 酚醛树脂热解炭包覆针状焦负极材料 32-51 3.1 引言 32 3.2 酚醛树脂热解炭研究 32-33 3.2.1 酚醛树脂的炭化 32 3.2.2 酚醛树脂的热解特性 32-33 3.3 酚醛树脂热解炭包覆针状焦复合材料的制备 33-35 3.3.1 样品包覆 33-34 3.3.2 样品炭化 34-35 3.4 包覆量对酚醛树脂热解炭包覆针状焦结构和电化学性能的影响 35-43 3.4.1 包覆量对复合材料晶体结构、表面形貌和比表面积的影响 35-38 3.4.1.1 微晶结构分析 35-36 3.4.1.2 表面形貌分析 36-37 3.4.1.3 比表面积分析 37-38 3.4.2 包覆量对复合材料电化学性能的影响 38-43 3.4.2.1 充放电特性分析 38-40 3.4.2.2 循环伏安特性分析 40-41 3.4.2.3 交流阻抗特性分析 41-42 3.4.2.4 循环特性分析 42-43 3.5 炭化温度对酚醛树脂热解炭包覆针状焦结构和电化学性能的影响 43-49 3.5.1 炭化温度对复合材料晶体结构、表面形貌和比表面积的影响 44-46 3.5.1.1 微晶结构分析 44-45 3.5.1.2 表面形貌分析 45 3.5.1.3 比表面积分析 45-46 3.5.2 炭化温度对复合材料电化学性能的影响 46-49 3.5.2.1 充放电特性分析 46-47 3.5.2.2 交流阻抗特性分析 47-48 3.5.2.3 循环特性分析 48-49 3.6 本章小结 49-51 第4章 表面氧化及氧化-包覆针状焦负极材料 51-60 4.1 引言 51 4.2 表面氧化改性研究 51-59 4.2.1 表面氧化针状焦及包覆氧化针状焦负极材料的制备 51-52 4.2.2 表面氧化改性对石墨化针状焦负极材料结构的影响 52-54 4.2.2.1 红外光谱分析 52-53 4.2.2.2 表面形貌分析 53-54 4.2.3 表面氧化改性对针状焦负极材料电化学性能的影响 54-59 4.2.3.1 充放电特性分析 54-55 4.2.3.2 循环伏安特性分析 55-57 4.2.3.3 交流阻抗特性分析 57-59 4.3 本章小结 59-60 第5章 结论及展望 60-62 参考文献 62-67 致谢 67