锂离子电池球形石墨负极材料倍率性能研究-化学工程与技术专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: TM912.9 U.D.C: 621.355 Dissertation for the Master Degree in Engineering STUDY ON RATE PERFORMANCE OF SPHERICAL GRAPHITE ANODE MATERIAL FOR LITHIUM ION BATTERY Candidate： Li Hongju Supervisor： Associate Prof. Yuan Guohui Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Chemical Engineering Technology and Affiliation： School of Chemical Engineering Date of Defence： June, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 摘 要 本课题以球形天然石墨为研究对象，针对石墨负极首次充放电效率低、 大电流充放电性能差等问题，对球形 石墨进行了微膨化和碳包覆处理，并对 改性方法进行了优化。利用 SEM 观察材料的微观形貌，XRD 分析材料的晶 体结构，并通过循环伏安测试、电化学交流阻抗谱和恒流充放电测试 等电化 学测量方法研究了材料的电化学性能。 以过氧化氢为氧化剂，甲酸为插层剂，60℃下液相反应得到可膨胀石墨， 然后在 800℃进行热处理制备微膨石墨，并探究了液相反应时间对微膨石墨 结构、形貌和电化学性能的影响。XRD 测试表明微膨处理后，石墨的结构无 明显变化，d002 层间距发生微小变化。液相反应时间为 4 h 时制备的微膨石墨 具备较好的电化学性能：一方面，可逆容 量可达 360 mAh/g，首次充放电效 率为 80%；另一方面，与球形石墨相比，该条件下制备的微膨石墨的倍率性 能提升最大。 以软碳前驱体沥青为碳源，在球形石墨表面包覆无定形碳材料。 碳包覆 材料烧结过程中，加入空气氧化步骤，改善了炭化后碳包覆材料的粘连问题。 分别用液相法和固相法制备碳包覆材料，并探究了 碳包覆比例和炭化温度对 碳 包 覆 石 墨 材 料 电 化 学 性 能 的 影 响 。 固 相 法 进 行 包 覆 时 ， 碳包覆比例 为 5 mass%，炭化温 度 900℃时制备得到的碳 包覆石墨材料 电化学 性能最佳。 液 相法进行包覆，碳包覆比例为 5mass%时，在 900℃下炭化得到的碳包覆石墨 材料倍率性能优异，0.1C 可逆容量为 354 mAh/g，5C 下可逆容量仍可达 86.8 mAh/g。 对比了固相法和液相法制备得到的碳包覆材料的电化学性能。 液相法制 备能够在球形石墨表面形成均一、连续的碳包覆层，而固相法制备 碳包覆石 墨材料时，当碳包覆比例较大时，才可在石墨表面形成连续致密的碳包覆层。 固相法制备的碳包覆材料的可逆容量高于液相法，首次效率低于固相混合法， 倍率性能和循环性能与制备方法关系不大。 综合考虑，液相法制备碳包覆材 料比较适宜。 以微膨石墨为包覆核心，制备了碳包覆微膨石墨负极材料。 研究表明， 将微膨处理和碳包覆的方法复合后，球形石墨的倍率性能得到很大提升。碳 包覆微膨石墨在 0.1C 下的可逆容量为 370 mAh/g，5C 下可逆容量为 114.6 mAh/g。 关键词：球形石墨；微膨；碳包覆；固相法； 液相法 -I- Ab Abstract Abstract Natural spherical graphite has been studied as a promising alternative to the commercial graphite electrode materials. In order to improve the initial charge-discharge efficiency and the rate performance, micro -expanded and carbon-coated spherical graphite materials were prepared. Structural and morphology changes were characterized by using SEM and XRD, respectively; CV, EIS and galvanostatic charge-discharge tests were carried out to evaluate the electrochemi