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《长沙理工大学》 2010年
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树脂炭包覆微晶石墨作锂离子电池负极材料研究

徐乐  
【摘要】: 论文以经过纯化、整形处理后的近球形天然微晶石墨为研究对象,采用酚醛树脂炭包覆、表面氧化-树脂炭包覆以及层间氧化-膨胀-树脂炭包覆等方法对天然微晶石墨进行改性处理,希望通过这些处理改善其用作锂离子电池负极材料的充放电性能。 以天然微晶石墨为基体原料,自制酚醛树脂为热解炭前驱体,通过液相浸渍-炭化法制备酚醛树脂炭包覆石墨,考察了热处理温度和酚醛树脂炭包覆量对天然微晶石墨结构和电化学性能的影响。研究发现,表面树脂炭包覆改性不会改变天然微晶石墨的片层状晶体结构;酚醛树脂炭包覆石墨的比表面积随酚醛树脂炭包覆量的增加而增大,固化和炭化处理过程中挥发性气体的逸出所形成的纳米级微孔是造成其比表面积和不可逆容量增大,首次充放电容量下降的主要原因;在炭化温度为950℃、树脂炭包覆量为3%时制备的树脂炭包覆石墨的首次脱锂容量由天然石墨的321.4mA·g-1提高到334.3mAh·g-1,首次不可逆容量由75.8mAh·g-1降低至60.1mAh·g-1;树脂炭包覆量为5%的样品30次循环后容量保持率由天然石墨的65%提高到91.1%。 采用双氧水氧化以及双氧水氧化-树脂炭包覆工艺对天然微晶石墨进行改性处理,考察了表面氧化及氧化-树脂炭包覆对天然微晶石墨晶体结构、表面形貌和电化学性能的影响。结果表明:双氧水氧化不会改变天然石墨本身的片层结构,但可在天然石墨表面形成了一些裂缝和纳米微孔,增加表面含氧官能团,提高天然石墨材料的储锂容量,提高电极/电解液间的润湿性,减小了界面阻抗。表面氧化改性后的天然微晶石墨,首次脱锂容量由321.4mAh·g-1提高到350.6mAh·g-1,首次不可逆容量由75.8mAh·g-1降低到61.8mAh·g-1,首次充放电效率由80.1%提高到83.9%;包覆5%的酚醛树脂炭后首次充放电效率提高至84.8%,30次充放电循环后的容量保持率提高到92%。 采用H2SO4+NaNO3氧化以及H2SO4+NaNO_3氧化-膨胀-树脂炭包覆工艺对天然微晶石墨进行改性处理,考察了氧化反应时间和树脂炭包覆对微膨胀石墨的晶体结构、表面形貌和电化学性能的影响。结果表明,经层间氧化-膨胀改性的天然微晶石墨,由于层间距略有增大,在天然石墨内部预留了膨胀空间,拓宽了锂离子扩散通道,减小了石墨层间嵌锂后引起的体积膨胀,因此可逆储锂容量和循环性能明显改善。经层间氧化-膨胀改性的天然石墨首次脱锂容量从天然石墨的321.4mAh·g~(-1)提高到361.7mAh·g~(-1);包覆5%的酚醛树脂炭后虽然首次脱锂容量略有下降(由361.7mAh·g-1降低至353.1mAh·g~(-1)),但充放电循环性能显著提高,30次循环后的容量保持率为91.2%。
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM912

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【引证文献】
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