一、电解液组成对锂离子电池碳负极SEI膜性能的影响(论文文献综述)
胡雪[1](2021)在《锂离子电池碳基负极材料增材制造及其电化学性能研究》文中认为随着科学进步和社会发展,化石能源损耗加剧,环境污染日益严重,而可再生能源如太阳能,风能,潮汐能等的使用及其储能装置的开发可以有效缓解这种现象。锂离子电池作为最具前景的电化学储能装置之一,以其可循环,高电压等优势占据市场。然而,对能量密度的更高要求限制其进一步发展。气动喷射增材制造技术为锂离子电池负极材料成型提供新工艺方法,打破了传统涂覆工艺的局限性,为电极材料复杂结构制造开辟一条快速精确,高能量密度的新途径,在锂离子电池制造领域有广阔前景。本研究结合石墨负极浆料与气动喷射增材制造技术,选用油性溶剂体系,以浆料粘度曲线为标准,判断负极浆料为非牛顿流体,通过优化固相体积分数与分散时间,制备出均一稳定的可打印石墨负极浆料。基于Carreau模型,H-B模型,Cross模型,代入负极浆料实际粘度,利用1st Opt软件拟合负极浆料粘度经验公式,经对比分析可知,在一定剪切速率范围内,Carreau模型能够准确描述负极浆料粘度的变化趋势,因此得到负极浆料本构方程。利用Fluent软件建立三维料筒喷嘴内负极浆料流动模型,分析在不同喷嘴结构,喷射压力,喷嘴内径下,浆料流场分布与流速,得到成型线条线宽随不同打印参数成型的变化规律,结合实验确定石墨负极浆料打印参数。探究石墨负极浆料成型参数与改性方法对电池电化学性能的影响。利用气动喷射成型技术将石墨负极浆料成型在铜箔集流体上,装配成扣式锂离子电池进行电化学性能分析。研究打印结构、打印间隔单因素对增材制造锂离子电池电化学性能的影响,并对比涂覆工艺,讨论打印层数对锂离子电池电化学性能的影响规律,制备大表面积电极结构,面积比容量高达1.7 m Ah cm-2。为了提高质量比容量,通过球磨煅烧的方法将石墨负极与Na Cl混合掺杂改性,煅烧温度为850℃的G-N-850℃具有更高的容量与倍率性能,使用增材制造成型后,面积比容量达到2.7 m Ah cm-2。针对石墨负极的不可再生,低容量问题,以农业废弃物稻壳为原料取代商用石墨负极,制备纤维素碳,利用K2CO3对无定形碳进行活化,通过XRD,Raman,SEM,TEM和BET表征材料结构和形貌,并进行电化学性能分析,纤维素碳与K2CO3质量比为1:1时,RHC-K-1具有更均匀的介孔结构,比表面积达到1658.557m2 g-1,孔分布在2-8 nm之间,在0.2C倍率下循环100圈后,容量保持在518.6m Ah g-1。改进打印路径与打印基底,先打印单个线条不同层成型在泡沫铜基底上,三层打印厚度达到0.58mm,面积比容量达到1.5 m Ah cm-2,电化学性能测试表明相对于传统涂覆电极,增材制造成型的大表面积结构电极拥有更高的面积比容量,从而提升其能量密度,证明了增材制造在锂离子电池成型领域的发展前景。
尚志同[2](2021)在《多孔硅基复合材料的制备及其电化学性能的研究》文中指出硅以其较高的理论比容量(3579 m Ah g-1)、较低的脱/嵌锂电位有望代替石墨成为最具应用潜力的负极材料。然而硅在脱/嵌锂的过程中巨大的体积膨胀导致其颗粒破碎粉化,逐渐与集流体失去电接触,表面不稳定的SEI膜和低的电导率使得其循环稳定性和倍率性能较差,严重阻碍了硅基负极在商业化中的应用。针对硅体积膨胀的问题,本论文以市售Al-Si合金为原料,通过选择性酸刻蚀的工艺制备了具有丰富的空洞和孔隙结构的多孔硅材料,并利用静电自组装法将石墨烯完整的包覆在多孔硅(p-Si)的表面制备了多孔硅@石墨烯(p-Si@G)复合微球。这种结构在内部存在丰富的孔隙可为硅在嵌锂的过程中的体积膨胀预留空间,同时外层石墨烯层可有效阻止电解液与硅的直接接触,减缓了副反应的发生,并且石墨烯可以提高材料的导电性。在此基础上,通过引入CNTs、Al2O3和TiO2复合材料来解决硅在脱/嵌锂过程中的SEI膜不稳定及导电性差的问题,具体研究内容如下;(1)以Fe2O3-Al2O3为催化剂,通过化学气相沉积法(CVD),以不同的p-Si@G与催化剂比例在p-Si@G表面生长碳纳米管,制备成x-p-Si@G@CNTs(x=7,6,5,4)复合微球,并且为了探究催化剂对材料容量的影响,将碳纳米管与p-Si@G以不同的比例制备成电极。经过电化学测试后可知,制备的5-p-Si@G-CNTs微球与在p-Si@G中添加5 wt%的CNTs所制备的极片性能最优,在0.5 A g-1的电流密度下循环100圈两种电极的比容量仍然保持在1419和1495.6 m Ah g-1,当电流密度提高到8 A g-1时,两种电极仍然具有536.2和632.1 m Ah g-1的比容量。(2)在p-Si@G微球表面以改进异丙醇铝水解的方法包覆Al2O3层来作为人工SEI膜。丙三醇限制溶剂的存在,减缓了Al(OH)3的成核生长速度,最终制备出均匀包覆的p-Si@G@Al2O3复合微球。为了改善p-Si@G@Al2O3复合微球的导电性添加了5%的碳纳米管,使其与导电剂SP共同作用提高电极的整体电导率。两种电极在0.5 A g-1的电流密度下循环100圈的比容量仍然分别保持在1392和1514 m Ah g-1,在将电流密度提高到8 A g-1时,仍然具有496和571 m Ah g-1的比容量。这种改进的工艺通过控制异丙醇铝的添加量来确定Al2O3的包覆量。(3)本论文还制备了一种既具有一定的导电性和离子迁移率,又可以稳定SEI膜生成的Ti O2复合材料。首先通过微乳液法制备Ti O2前驱体胶束,然后利用丙三醇作为限制溶剂,在p-Si@G的表面均匀完整的包覆Ti O2层。研究结果表明:通过改进方法制备的p-Si@G@s-Ti O2复合微球具有完整的形貌,并且在0.5 A g-1的电流密度下循环100圈仍有1486.5 m Ah g-1的比容量,当电流密度提升到1和2 A g-1时材料也展现出了优秀的高电流长循环性能,其比容量为1204和1008.6 m Ah g-1,当电流密度继续增大到8 A g-1时材料展现出了较高的比容量(802.53 m Ah g-1)。将10 wt%的p-Si@G@s-Ti O2复合微球与石墨混合制备成石墨/p-Si@G@S-Ti O2复合电极,在0.1和0.2 C的电流密度下循环100圈比容量分别保持在了450和420 m Ah g-1,提高了负极的比容量。
王骞[3](2021)在《金属锂负极的结构设计及表界面化学研究》文中研究说明化学电源作为一种能够将电能和化学能进行高度可逆转化的储能装置,是提高能源利用率的重要载体,自问世以来,就一直广受研究者的青睐。然而,目前商业化的基于插层化学反应的锂离子电池很难满足人们日益增长的对高能量密度的需求。因此,亟待开发新型的具有高能量密度、长循环寿命的锂电池体系。作为锂电池体系的核心,电极材料的发展则是制约其能量密度提升的关键性因素。与商业化的石墨负极相比,锂金属负极得益于其高的理论容量、低的电极电势以及轻质等特点,一直被认为是所有负极材料中的“圣杯”。基于锂金属负极构建的锂硫、锂空等新型电池体系,也表现出超过500 Wh kg-1的能量密度,被认为是当前锂离子电池体系的理想替代者。然而,锂金属负极目前还存在两个方面的应用难点。一方面,锂金属表面在不断的电沉积过程中,由于局部锂离子的液相传质流量不同,容易导致不均匀的锂沉积,进而产生树枝状的锂枝晶,最终可能刺穿隔膜引发电池短路甚至燃烧等安全性问题;另一方面,锂金属负极在循环过程中会经受剧烈的体积膨胀与收缩,导致电极/电解液界面膜的不断重构,使得库伦效率降低以及循环寿命不足。基于以上背景,本论文从复合锂金属负极的制备和表界面化学行为调控两个方面入手,改善锂的不均匀沉积行为,缓解锂金属负极的体积效应,从而大幅度提升了锂金属负极的库伦效率和循环寿命。具体研究内容共分为五个章节:1.开发了电沉积制备表面保护的复合锂金属负极的方法。现有的复合锂金属负极制备方法主要集中于锂金属熔融灌注以及在纽扣电池内以锂金属为阳极进行原位电沉积,要想实现产业放大还较为困难。基于此,本章以商品化的碳纤维布作为金属锂的载体,通过电沉积策略,将金属锂还原沉积在三维碳纤维织布的内部,得到了高比容量的复合锂金属负极。三维碳纤维布的使用可以降低电极的局部电流密度以及缓解充放电过程中的体积变化。同时,在长时间的电化学镀锂过程中,伴随电解液的分解,电极表面会生成一层稳定的、具有高导锂离子能力的保护膜,既确保了锂离子在电极界面上的稳定快速传输,又可以抑制锂枝晶的生长。2.提出了基于络合机制的锂离子界面调控策略。尽管上一章中构建的复合锂金属负极可以一定程度上抑制锂枝晶的生长,但若想从根本上改善非均匀电场作用下锂的不均匀沉积问题,还需从电极/电解液界面入手。基于此,本章在电解液中引入聚乙二醇添加剂,通过优选聚乙二醇的分子量,改善了锂的不均匀沉积行为,提高了锂金属负极的循环稳定性。聚乙二醇可以吸附在锂金属表面,同时通过重复的乙二醇单元与电解液中的锂离子络合,形成稳定的表面膜,使得电极/电解液界面处的锂离子分布更加均匀,进而促进锂的均匀沉积。3.提出了基于超填充机制的锂离子界面调控策略。尽管上一章提出的络合机制可以有效促进锂的均匀沉积,但由于会在电极表面形成一层络合阻挡层,不利于高电流、高嵌/脱锂容量下锂的均匀沉积。基于此,本章发展了一系列具有含硫共轭结构的分子作为电解液添加剂。以硫脲分子为代表,其可以吸附在锂金属表面,通过超填充机制实现高电流、高嵌/脱锂容量下的无枝晶锂沉积。具体地,该机制是通过促进锂在凹处更快的沉积而实现无枝晶沉积以及整平锂表面,而非传统机制中阻止锂在凸处沉积的方式。实验结果也与理论模拟结果一致,相应的锂金属电池也表现出非常好的大电流充放电能力和循环稳定性。4.改善了固态电解质中负极/电解质界面处锂的不均匀沉积行为。尽管固态电解质的使用可以极大地提升锂金属电池的安全性,但仍然没有改变负极/电解质界面上固有的不均匀锂沉积行为。基于此,本章在上一章提出的超填充机制的基础上进一步拓展,并设计了一种非对称的固态电解质。具体地,在正极侧,采用有机无机复合的固态电解质,以确保与正极材料有良好的界面接触;在负极侧,采用含有硫脲的凝胶电解质,以实现对负极侧锂沉积行为的调控。硫脲的引入不仅改善了负极/电解质界面处锂的沉积行为,同时也提升了锂金属电池的电化学动力学过程。5.优化了锂硫电池中负极/电解质界面处锂的沉积行为。本章立足于高能量密度的锂硫电池对金属锂负极界面的需求(高电流、高嵌/脱锂容量下的稳定性),在锂金属表面构建了有机-无机磷酸化的保护层。与传统的基于Li2Sx的有机-无机保护膜不同,其在锂硫电池体系中,很可能会与锂硫电池的放电中间产物——多硫化锂发生反应,进而失去应有的保护作用。基于此,本章采用植酸作为金属锂表面处理试剂,通过一步螯合反应在金属锂表面原位形成一层有机-无机磷酸化的保护层。在该保护层中,具有高导锂离子能力的LixPO4与锂离子之间的多核配合物起到了“柔性交联连接体”的作用,既确保了保护层的柔性,又使得LixPO4在电极表面均匀分布,进而改善了界面处锂离子的传输性质,促进锂的均匀沉积。更重要的是,该保护层与锂硫电池具有极高的兼容性,有效地提升了锂硫电池的循环稳定性。
王金阳[4](2021)在《稻壳基多孔碳负极材料的制备及电化学性能研究》文中提出锂离子电池是计算机,电子设备和电动汽车等现代应用中使用最广泛的能量存储系统。这个重要的系统可以满足对缓解气候变化问题的不断增长的可再生能源的需求,气候问题则是由于使用化石燃料以及相关的温室气体排放造成的。而锂离子电池最常用的负极材料是石墨,其低的理论比容量(372 mAh g-1)对于当今社会的发展来说有所欠缺。作为有大量碳源的农业废弃物稻壳无疑是制备碳负极材料最好的选择,不仅能制备出新型生物质碳材料应用于锂离子电池,还能避免由于废弃稻壳的燃烧处理对环境产生的影响。因此,本文从稻壳中制备出不同形貌的多孔碳材料,并且通过一些测试方法来探究其微观形貌和电化学性能,主要的研究内容和结论如下:(1)以稻壳为原料制备稻壳基多孔碳材料。先将稻壳进行碳化得到SiO2/C复合物,直接将其与K2CO3活化剂进行混合研磨,之后放入管式炉里进行煅烧以到达除去SiO2的同时进行活化的效果,冷却到室温后清洗至中性得到稻壳基多孔碳。为了对比直接活化(一步法)所得的材料,将所得的SiO2/C复合物先用NaOH除去SiO2得到碳模板,之后按照一步法的实验步骤进行活化(两步法)来对比不同活化方法对材料性能的影响。除此之外,还探究了不同活化剂比例对所得样品的结构和性能的影响。结果表明煅烧温度为900℃,煅烧时间为1 h,当采用一步法,活化剂与SiO2/C复合物的质量比为3:1时所得样品的性能最好。形成了交联的孔状结构,并且在0.2 C倍率下循环100圈后充电比容量仍可保持在551.4 m Ah g-1。(2)以稻壳为原料制备木质素基多孔碳材料。使用简单的方法用乙醇将木质素从稻壳中提取出来,此时的木质素会溶于乙醇溶液中,利用木质素不溶于水的性质往乙醇溶液中加水使木质素析出,之后抽滤烘干后得到稻壳木质素。之后与K2CO3活化剂进行混合研磨,放入管式炉中在Ar的氛围下煅烧,冷却至室温后清洗至中性得到稻壳木质素基多孔碳材料。探究了不同活化剂比例和不同煅烧时间对所得样品的性能的影响。结果表明,煅烧温度为900℃,当活化剂与木质素的质量比为2:1,煅烧时间为1 h时所得到的木质素多孔碳材料的性能最好。形成了具有连续分布的微孔-中孔结构,并且其充电比容量在0.2 C倍率下循环100圈后仍可达到610.1 m Ah g-1。(3)制备掺杂氮元素和硫元素的稻壳多孔碳材料。将制备好的稻壳多孔碳材料与尿素和硫脲按照质量比为1:8的比例进行混合,之后加水进行搅拌24 h,烘干后放入管式炉中在Ar的氛围下600℃煅烧1.5 h,冷却到室温后即可得到掺杂氮元素和掺杂氮硫元素的多孔碳材料。比较来说,进行氮硫元素共掺杂所得到的多孔碳的性能是最好的,其利用两种元素的协同作用提高材料的电性能,并且为锂离子的嵌入提供更多的活性位点。最终形成均匀的孔状结构,其电化学性能也有所提升,在0.2 C倍率下循环100圈容量可以保持在450.3 m Ah g-1。
李文挺[5](2021)在《钾离子电池碳基负极材料的制备及电化学性能的研究》文中进行了进一步梳理钾具有储量丰富、价格低廉,且标准电极电势较低等优点,因此钾离子电池被认为是一种较理想的低成本二次电池体系,近年来受到人们广泛的关注和研究。但是由于钾离子半径较大,嵌钾/脱钾过程中电极材料体积变化大,影响其循环稳定性和倍率性。本文以开发低成本、高性能钾离子电池碳基负极材料为目标,开展了以下研究工作:采用生物废弃物稻壳作为原材料,通过高温碳化的方法制备出具有无序结构的硬碳材料,研究了碳化温度对硬碳材料形貌、结构以及储钾性能的影响。结果表明,稻壳基硬碳负极材料具有较大的层间距和独特的“微孔-介孔”结构,可以消纳钾离子嵌入过程中引起的体积膨胀。随着碳化温度的升高,硬碳材料的孔径收缩,比表面积降低,电化学实验结果表明,稻壳基硬碳负极材料具有优异的循环稳定性和倍率性,在30 mA.g-1的电流密度下具有244.99 mAh·g-1的可逆比容量,经100次循环后,仍保持204.25 mAh·g-1的可逆比容量,容量保持率为83.3 7%。当电流密度提高到500 mA·g-1时,循环500次后的可逆比容量仍有103.77 mAh.g-1。以低成本的碳酸钙为模板,蔗糖为碳源,采用模板法制备了钾离子电池多孔碳负极材料,该材料具有无序的微观结构、较大的比表面积和“大孔-介孔-微孔”构成的分级多孔结构。电化学测试结果表明,制备的多孔碳负极材料在50 mA·g-1电流密度下具有259.5 mAh·g-1的比容量,100次循环后容量保持率为92.8%。循环后的极片表面平整,未出现显裂纹,表明材料在钾离子嵌入/脱出过程中体积变化较小,在2000 mA·g-1的大电流密度下,循环10000次后的比容量仍有129.6 mAh·g-1,多孔碳材料表现出良好的倍率性能。以铁粉、红磷和炭黑为原材料,采用低成本、高效的高能球磨法制备了FeP/C复合材料。材料分析结果表明,FeP/C复合材料中,纳米化的FeP颗粒均匀的分布在无定形碳内部,由于碳层的存在,不仅提高了材料的导电性,还抑制了 FeP充放电过程中体积变化,增强材料稳定性。FeP/C复合材料具有218.26mAh·g-1的比容量,100次循环后容量保持率为81.81%,相对于FeP材料储钾容量和循环稳定性有明显提升。密度泛函理论计算结果表明,钾离子在FeP中扩散能垒比钠离子在FeP中的扩散能垒小,扩散速率较大。实验证明FeP/C复合材料在钾离子电池中的倍率性能优于钠离子电池中的倍率性能。对比研究了商用硬碳为负极材料在锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池电化学性能和界面特性。通过XPS、TOF-SIMS和EIS研究材料表面SEI膜的组成及其稳定性。结果表明,在30 mA·g-1的电流密度下,商用硬碳负极材料在锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池中表现出良好的循环性能,循环100圈后容量保持率96%以上。锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池中,硬碳负极材料表面形成的SEI膜均由无机物和有机物组成。在但由于有机钾离子化合物在电解液中溶解度较高,SEI膜表层的有机物溶解在电解液中,导致SEI膜稳定性差。
李文博[6](2020)在《过渡金属离子对Li/MCMB电池性能破坏机理的研究》文中提出锂离子电池以其使用寿命长、能量密度大等优点成为电动汽车、混合动力汽车以及电网储能的潜在能源,但容量衰减问题严重困扰其发展。研究发现,正极材料中的过渡金属离子的溶出会严重损害电池性能,特别是电池在高电压、高温等极端条件下储存或循环的过程中,溶出的过渡金属会导致电池容量急剧衰减。因此,揭示过渡金属离子损害电池容量的机理和找到相应的解决措施成为目前研究的关键。本论文主要研究内容如下:1、单一过渡金属离子对电池性能破坏机理的研究。首先,采用固相法合成双草酸硼酸锰(LiBOB)、双草酸硼酸锰(Mn(BOB)2)、双草酸硼酸钴(Co(BOB)2)、双草酸硼酸镍(Ni(BOB)2),将这三种盐作为过渡金属离子的来源;其次,以LiBOB-环丁砜(SL)/碳酸二乙酯(DEC)电解液作为参比电解液,采用0.7 M LiBOB-SL/DEC+50 ppm Mn2+、0.7 M LiBOB-SL/DEC+50 ppm Co2+和0.7 M LiBOB-SL/DEC+50 ppm Ni2+的体系研究LiBOB基电解液中单一过渡金属离子对锂离子电池性能的影响。结果表明:在Li/MCMB(中间相碳微球)电池中,0.7 M LiBOB-SL/DEC+50 ppm Mn2+体系更容易损害电池的循环性能,而0.7 M LiBOB-SL/DEC+50 ppm Ni2+体系具有相对较好的倍率性能,这主要归功于Ni2+增加了电池容量,而Li+和Ni2+会首先在MCMB的表面上进行交换,不同电解液体系在循环过程形成的SEI膜的厚度(Mn2+>Co2+>Ni2+)依次减小,过渡金属离子沉积在负极表面会导致SEI膜连续增厚并增加电池阻抗。2、多种过渡金属离子对电池性能破坏机理的研究。以LiBOB-SL/DEC电解液作为参比电解液,采用0.7 M LiBOB-SL/DEC 50 ppm Mn2++Ni2++Co2+(各为16.7ppm)的体系,研究LiBOB基电解液中多种过渡金属离子对锂离子电池性能的影响。结果表明:过渡金属离子对电解液的催化分解作用导致更多的分解产物在SEI膜上沉积,从而造成界面膜的不断生长,消耗锂离子的同时又阻碍了锂离子在材料中的脱嵌,最终造成电池容量的快速衰减。过渡金属离子进入MCMB表面的顺序依次是Ni2+、Co2+、Mn2+,这主要是因为存在离子半径的差异和电化学吸附。综上所述,分别对单一及多种过渡金属离子对电池性能的破坏机理进行了研究,同时从负极材料界面膜的角度总结了过渡金属离子损害电池容量的机理,为抑制电解液中过渡金属离子对电池性能的破坏提供了一个新思路。
杨莉[7](2020)在《适配于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的超高温电解液体系构建及电化学性能研究》文中研究说明超高温(75℃)下锂离子电池电极材料中过渡金属的溶出及六氟磷酸锂(LiPF6)的分解都会加剧电池的容量衰减,因此超高温电解液体系开发成为当下的研究热点。本论文中通过改变双草酸硼酸锂(LiBOB)和四氟硼酸锂(LiBF4)的摩尔比及添加电解液添加剂的方式逐步优化适配于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)的超高温电解液。主要研究内容如下:(1)配制不同摩尔比的混合锂盐基(LiBOB和LiBF4)超高温电解液,并采用高温性能稳定且对电解液高温性能影响较小的磷酸铁锂(LiFePO4,简写为LFP)及石墨为电极材料。LFP/Li及Li/石墨半电池在75℃下的电化学性能测试结果表明,当LiBOB和LiBF4摩尔比为6:1(记为电解液B)时,正、负极半电池在超高温下的循环稳定性及倍率性能最优且阻抗最小。扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X-射线光电子能谱(XPS)等表征结果表明:电解液B在正、负极材料表面都形成了比较薄且致密的界面膜,该界面膜的组成中含B-O化合物有利于提高界面膜的超高温稳定性。因此在不考虑材料本身对电池超高温电化学性能影响的前提下,电解液B为最优超高温电解液。(2)为研究超高温电解液B的应用普适性及改善高温下NCM523的Li+/Ni2+阳离子混排、过渡金属溶解,活性锂损失严重等缺点,通过向电解液B中添加电解液添加剂的方法进一步优化适配于NCM523的超高温电解液。添加三(三甲基硅烷)硼酸酯(TMSB)(记为B+TMSB)来减少LiBF4引入的少量HF及LiF;添加1,3-丙烯磺酸内脂(PES)(记为B+PES)减小电池界面阻抗和产气量。电化学性能测试表明,使用B+PES电解液的NCM523/Li及Li/石墨半电池在75℃下具有更加优异的循环性能和倍率性能。SEM、TEM、XPS及X-射线衍射(XRD)等分析表明添加剂PES不但可以降低电解液在高温下的分解和界面膜阻抗,而且可以抑制Li+/Ni2+阳离子混排和材料结构破坏。(3)将B+PES应用于NCM523/石墨全电池,以LiPF6-EC/DEC及电解液B作为对比电解液。电化学性能测试结果表明,使用电解液B+PES的全电池容量最高且高温存储后容量衰减和体积膨胀最小,且循环后阻抗最小,说明添加剂PES能够抑制产气并且提高界面稳定性。经过SEM、TEM、XRD及电感耦合等离子体-原子发射光谱(ICP)表征结果分析得出,电解液B+PES在正、负极表面形成致密光滑的保护膜抑制了电池阻抗增加,减小Li+/Ni2+阳离子混排、过渡金属溶解及活性锂损失,从而提高了电池的循环稳定性。通过优化锂盐比例和添加电解液添加剂构建了适配于NCM523的超高温电解液B+PES,不仅减小了NCM523过渡金属溶出、Li+/Ni2+阳离子混排、活性锂损失及电池的体积膨胀,还显着提高了其超高温循环稳定性。这将为以NCM523为正极材料的锂离子电池在超高温下的应用提供了研究思路。
王宇[8](2020)在《稻壳基多孔碳负极材料的制备及电性能研究》文中进行了进一步梳理近年来,面对石油危机和环境污染问题日趋严重,人们开始开发新型高效、无污染、可持续发展的清洁能源及储能设备。锂离子电池作为优秀的储能设备具有体积小、能量密度高、循环寿命长及无记忆效应的优点而受到研究者们的广泛关注。目前,锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品及新能源汽车上,石墨作为传统的负极材料,具备结构稳定、导电性优良和电压平台低等优点得到大量应用。但是,石墨也存在嵌锂容量低和倍率性能差的缺点难以满足大功率电子产品和新能源汽车的进一步发展。因此,在未来研究出安全稳定、比容量高及倍率性优良的锂离子电池负极材料显得尤为重要。稻壳作为一种农业废弃物在生产中没有得到合理的应用,如果以稻壳为原料制备碳负极材料,不仅可以减小环境污染,而且还能降低生产成本,有效缓解能源危机。因此,本文以稻壳为原料制备稻壳纤维素基片层多孔碳材料、稻壳纤维素基分级多孔碳材料及氮、硫元素掺杂的片层多孔碳材料。我们对这些材料进行结构表征及电化学性能分析,研究内容及结论如下:(1)利用稻壳制备片层多孔碳材料,首先将稻壳用乙醇去除木质素,稀硫酸去除半纤维素,留下的部分高温碳化并以SiO2作为硬模板,用2 M的NaOH溶液去除SiO2,最终得到片层多孔碳材料。探讨了不同煅烧温度和煅烧时间对材料结构形貌和电化学性能的影响,结果表明在700℃保温1.5 h的材料(RH-LPC-700-1.5)的结构和电性能最佳,以微孔结构为主,比表面积高达576 m2 g-1,在0.2 C下具有1143 mAh g-1的放电比容量,即使在5 C下放电比容量仍有476.2 mAh g-1,库伦效率接近100%。(2)利用稻壳制备分级多孔碳材料,同样将稻壳用乙醇去除木质素,稀硫酸去除半纤维素,随后留下的部分在200℃的水热条件下保温一段时间,让纤维素水解,SiO2聚合。之后高温碳化并以SiO2作为硬模板,用2 M的NaOH溶液去除SiO2,最终得到分级多孔碳材料。分级多孔碳的形貌受水热时间、煅烧时间及煅烧温度的影响,对比了水热时间0、12、24和36 h,煅烧温度500、600和700℃,煅烧时间0.5、1.5和2.5 h不同实验条件下分级多孔碳的差异性。最终得出在水热时间24 h,煅烧温度在600℃,煅烧时间在1.5 h时的材料(RH-24HPC-600-1.5)具有微孔、介孔及大孔均匀分布的分级多孔结构,比表面积为332 m2 g-1,在0.2 C下的初始放电比容量为1627 mAh g-1,100圈循环后的比容量为686.6 mAh g-1。(3)为了探究氮、硫元素的掺杂对片层多孔碳材料结构及电化学性能的影响,我们将尿素、硫脲分别加入RH-LPC-600-1.5中并高温碳化。结果表明,氮、硫元素可以均匀掺杂到材料中,尿素的掺入使材料聚集变厚并且孔径变小。硫脲的掺入使材料孔径变得均一,极大地增加了活性位点的数量,提高电化学性能。RH-LPC-NS具有高达798.2 m2g-1的比表面积,在1 C下有636.3 mAh g-1的放电比容量,在10 C下仍有高达284 mAh g-1的放电比容量,对比RH-LPC-600-1.5的性能有极大的提高。
赵鑫鑫[9](2020)在《新型钾离子电池自支撑电极材料的制备及性能研究》文中研究说明钾具有储量丰富和氧化还原电位低等优点,为发展低成本和高比能钾离子电池提供了条件,且有望成为未来大规模储能设备,受到越来越多的关注。但由于钾离子半径较大,导致充放电时电极体积变化大、动力学性能差等问题。同时传统电极制备需要使用粘结剂、导电剂和集流体等非活性物质,为发展高性能钾离子电池带来极大挑战。针对这些问题,本论文设计制备系列基于碳纤维的自支撑电极材料,并系统研究了其储能性能和机理。主要研究结果包括:(1)采用气相沉积和真空抽滤的方法制备自支撑杯状氮掺杂碳纳米管薄膜。杯状碳纳米管具有边缘开放的石墨结构,不仅使钾离子可以快速嵌入/脱出,还能有效缓解钾离子嵌入/脱出时体积变化造成的结构破坏,实现了优异的电化学性能,如高可逆比容量(323 mAh g-1)和良好的倍率性能(1 A g-1@75 mAh g-1)。(2)通过静电纺丝和高温煅烧的方法制备柔性自支撑多孔碳纳米纤维薄膜,并将其直接作为钾离子电池的负极。碳纳米纤维相互交错编织形成三维导电网络结构,不但缩短电子和离子的迁移距离,加快反应动力学,而且能够缓解充放电过程中体积变化胀带来的应力,实现了优异的循环稳定性和倍率性能。经过1200次循环后容量保持率为88%。在7.7 A g-1电流密度下,仍能保持100 mAh g-1的高可逆比容量。(3)利用上述静电纺丝碳纤维,采用原子层沉积的方法制备了SnO2包覆的碳纳米纤维复合薄膜,并通过热熔法制备自支撑复合钾金属负极。SnO2具有与钾较高的结合能,能够调控钾均匀地成核和沉积,抑制枝晶生长。另外,三维网络结构可以增加钾的沉积位点和缓解电化学充放电过程中体积变化造成的应力作用。实现稳定、安全的钾金属负极,可稳定循环1700 h,优于文献报道的结果。(4)设计制备了自支撑微孔碳纳米纤维/小分子硫复合正极,碳微孔结构的物理限域和小分子硫与碳的协同作用有效抑制了可溶性多硫化物的生成和“穿梭效应”。获得了1392 mAh g-1的超高可逆比容量,基于复合电极总质量的比能量高达569 Wh kg-1,且稳定循环2000次后容量保持率为88%。确认了小分子的存在形态和放电终产物为K2S的电化学,加强了对钾硫电池的认识。
刘鑫[10](2020)在《黄麻纤维基碳材料的制备及其电化学性能的研究》文中研究指明锂离子电池自问世以来,因其具有循环稳定性好和能量密度高等优点,倍受人们青睐。锂离子电池负极材料主要是石墨材料,其理论容量为372 mAh g-1,不能适应未来电池更高比容量的需求。因此,探索具有更高比容量,更高能量密度和更低成本的负极材料,是本文的研究目的。生物质碳材料来源于大自然中的植物或植物衍生材料,是丰富的可再生能源,具有广阔的利用空间。黄麻纤维是最廉价的天然纤维之一,来源广泛,本文利用黄麻纤维这种天然生物质材料作为前驱体,主要采用化学活化法和水热法制备具有多孔性或者微球形貌的碳材料,应用于锂离子电池负极材料。这些材料不仅成本低,而且具有更高的充放电比容量、更好的倍率性能和优异的循环稳定性。本文主要对这些材料的晶体结构、无序度、比表面积和孔径分布、微观形貌、热失重行为等物理性质进行表征,并进行电化学性能的测试,主要内容如下:(1)通过活化剂氯化锌浸渍黄麻纤维,烘干后先在300℃下碳化,然后进行高温活化处理,制备黄麻纤维多孔碳材料JFAC,探索活化剂用量和活化温度对活化效果以及电化学性能的影响。研究结果显示,当黄麻纤维与氯化锌的质量浸渍比为1:4,活化温度为500℃时得到的JFAC-500-4多孔碳材料性能最优,比表面积达到1028.62 m2 g-1,具有丰富的表面缺陷和微孔-介孔孔隙结构,在循环100圈以后放电比容量为742.7 mAh g-1,并且具有优异的倍率性能,是良好的生物质电极材料。(2)将活化剂氯化铜与黄麻纤维浸渍混合,采用一步法高温煅烧活化制备黄麻纤维多孔碳材料JFC,探索不同的活化剂用量对活化效果以及电化学性能的影响。研究结果显示当黄麻纤维与氯化铜的质量比为1:8时,JFC-8样品的比表面积高达2043.53 m2 g-1,含有丰富的纳米级孔隙,包括微孔,介孔和大孔,在0.2 C的倍率下循环100圈后放电比容量为580.4 mAh g-1,循环性能稳定,倍率性能良好。(3)利用碱煮的方法对黄麻纤维进行处理,去除木质素和半纤维素,得到大部分黄麻纤维基纤维素,进而通过水热合成法制备纳米碳微球,再进行高温煅烧制备得到微球结构碳电极材料。本文探索了水热反应阶段时间的长短对碳材料形貌和电化学性能的影响,发现随着水热反应时间的延长,材料中碳微球的尺寸变小而且变得均匀。制备的碳电极材料JFCellulose-CM-48表面具有大量的尺寸均匀的碳微球结构,直径在100 nm左右。碳微球之间存在的空隙有利于锂离子的嵌入和脱出,所以JFCellulose-CM-48材料具备出色的电化学性能,在0.2 C倍率下循环100圈后放电比容量达到514.3 mAh g-1,并且具有杰出的倍率性能。
二、电解液组成对锂离子电池碳负极SEI膜性能的影响(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、电解液组成对锂离子电池碳负极SEI膜性能的影响(论文提纲范文)
(1)锂离子电池碳基负极材料增材制造及其电化学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池简介 |
1.2.1 锂离子电池发展历程 |
1.2.2 锂离子电池的结构与工作原理 |
1.3 锂离子电池碳负极材料分类 |
1.3.1 石墨类碳材料 |
1.3.2 无定形碳材料 |
1.4 稻壳基碳材料 |
1.5 锂离子电池电极增材制造技术研究现状 |
1.5.1 增材制造技术简介 |
1.5.2 锂离子电池增材制造技术概况 |
1.6 本文的研究内容和意义 |
第2章 锂离子电池石墨负极浆料流体仿真与实验研究 |
2.1 引言 |
2.2 锂离子电池负极浆料的制备 |
2.2.1 负极浆料组成成分 |
2.2.2 负极浆料制备过程 |
2.3 负极浆料流变性能实验 |
2.3.1 固相体积分数对负极浆料粘度的影响 |
2.3.2 分散时间对负极浆料粘度的影响 |
2.4 负极浆料粘度模型拟合与分析 |
2.5 气动喷射增材制造原理 |
2.6 负极浆料在喷嘴内部的流动模型研究 |
2.6.1 模型建立与边界条件设定 |
2.6.2 喷嘴结构对浆料流动的影响 |
2.6.3 喷射压力对浆料流动的影响 |
2.6.4 喷嘴内径对浆料流动的影响 |
2.7 打印参数对打印线宽的影响 |
2.8 本章小结 |
第3章 石墨基碳负极材料增材制造及其电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 石墨负极材料增材制造及其电化学性能分析 |
3.2.1 负极浆料涂覆与增材制造原理对比 |
3.2.2 增材制造电极片制备与电池组装 |
3.2.3 打印结构与打印间隔对形貌与电化学性能的影响 |
3.2.4 打印层数对形貌与电化学性能的影响 |
3.3 改性石墨负极材料的合成 |
3.4 煅烧温度对制备样品形貌结构和电化学性能的影响 |
3.4.1 X射线衍射与拉曼光谱测试 |
3.4.2 扫描电子显微镜分析与X射线能谱分析 |
3.4.3 比表面积和孔径分布 |
3.4.4 循环伏安测试 |
3.4.5 循环及倍率充放电性能测试 |
3.4.6 充放电阻抗测试 |
3.5 改性石墨负极材料增材制造及其电化学性能分析 |
3.5.1 循环伏安测试 |
3.5.2 循环及倍率充放电性能测试 |
3.6 本章小结 |
第4章 稻壳基碳负极材料增材制造及其电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 稻壳纤维素基多孔碳负极材料的制备方法与原理 |
4.3 活化剂用量对多孔碳负极材料结构与电化学性能的影响 |
4.3.1 X射线衍射与拉曼光谱测试 |
4.3.2 扫描电子显微镜分析 |
4.3.3 透射电子显微镜分析 |
4.3.4 氮气吸附脱附曲线 |
4.3.5 循环伏安测试 |
4.3.6 循环及倍率充放电性能测试 |
4.3.7 充放电阻抗测试 |
4.4 多孔碳负极材料增材制造及其电化学性能研究 |
4.4.1 打印路径规划对打印厚度的影响 |
4.4.2 打印基底对打印厚度的影响 |
4.4.3 循环伏安测试 |
4.4.4 循环及倍率充放电性能测试 |
4.4.5 充放电阻抗测试 |
4.5 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
攻读硕士期间取得的科研成果 |
致谢 |
(2)多孔硅基复合材料的制备及其电化学性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.2.1 锂离子电池的发展简介 |
1.2.2 锂离子电池的工作原理及结构 |
1.3 锂离子电池负极材料 |
1.3.1 锂离子电池碳负极材料 |
1.3.2 锂离子电池其他负极材料 |
1.4 锂离子电池硅基负极材料 |
1.4.1 锂离子电池硅基负极材料研究背景 |
1.4.2 硅基负极材料纳米化 |
1.4.3 硅基复合材料 |
1.5 本文的选题依据及主要研究内容 |
第二章 实验材料及测试方法 |
2.1 实验试剂及设备 |
2.1.1 实验试剂 |
2.1.2 实验设备 |
2.2 材料的测试与表征 |
2.2.1 X射线衍射分析 |
2.2.2 扫描电子显微分析 |
2.2.3 透射电子显微分析 |
2.2.4 X射线光电子能谱分析 |
2.2.5 激光拉曼分析 |
2.3 极片的制备及电池的组装 |
2.3.1 电极极片的制备 |
2.3.2 CR2032 纽扣电池的制备 |
2.4 电化学性能测试 |
第三章 p-Si@G-CNTs复合材料的制备及其电化学性能研究 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.3 复合材料的结果与讨论 |
3.4 p-Si@G、5-p-Si@G-CNTs (CVD)及 p-Si@G/x-CNTs 结果与讨论 |
3.5 本章小结 |
第四章 p-Si@G@Al_2O_3复合微球的制备及其电化学性能的研究 |
4.1 前言 |
4.2 材料制备 |
4.3 材料的测试表征 |
4.4 p-Si@G@Al_2O_3复合材料的电化学性能测试 |
4.5 p-Si@G@Al_2O_3/CNTs复合的电化学性能测试 |
4.6 本章小结 |
第五章 p-Si@G@TiO_2复合微球的制备及其电化学性能的研究 |
5.1 前言 |
5.2 材料制备 |
5.3 复合材料测试表征 |
5.4 复合材料的电化学性能 |
5.5 石墨/p-Si@G@s-TiO_2复合电极的电化学性能 |
5.6 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间的研究成果 |
(3)金属锂负极的结构设计及表界面化学研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 前言 |
1.2 锂电池概述 |
1.2.1 锂电池的发展及应用 |
1.2.2 锂电池的组成与基本原理 |
1.3 锂电池负极材料 |
1.3.1 碳基负极材料 |
1.3.2 硅基负极材料 |
1.3.3 过渡金属氧化物负极材料 |
1.3.4 锂金属负极 |
1.4 金属锂负极的研究现状 |
1.4.1 表界面化学行为调控 |
1.4.2 构建复合锂负极 |
1.4.3 固态电解质 |
1.5 基于锂金属负极构建的锂金属电池:高能量密度电池体系 |
1.6 选题意义与研究内容概述 |
第二章 电沉积制备表面保护的复合锂金属负极及其性能研究 |
2.1 前言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 实验试剂 |
2.2.2 实验仪器 |
2.2.3 材料制备 |
2.2.4 材料表征 |
2.2.5 电化学测试 |
2.3 结果讨论 |
2.3.1 设计思路及复合锂负极的制备、表征 |
2.3.2 复合锂负极锂沉积/剥离行为探究 |
2.3.3 电化学性能测试 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于络合机制的金属锂负极界面调控及机理研究 |
3.1 前言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 实验试剂 |
3.2.2 实验仪器 |
3.2.3 材料制备 |
3.2.4 材料表征 |
3.2.5 电化学测试 |
3.2.6 密度泛函理论计算 |
3.3 结果讨论 |
3.3.1 设计思路及锂沉积行为表征 |
3.3.2 电化学性能测试 |
3.3.3 机理分析 |
3.4 本章小结 |
第四章 基于超填充机制的金属锂负极界面调控及机理研究 |
4.1 前言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 实验试剂 |
4.2.2 实验仪器 |
4.2.3 材料制备 |
4.2.4 材料表征 |
4.2.5 电化学测试 |
4.2.6 密度泛函理论计算和有限元数值模拟 |
4.3 结果讨论 |
4.3.1 设计思路及锂沉积/剥离行为探究 |
4.3.2 锂沉积表征 |
4.3.3 电化学性能测试 |
4.3.4 机理分析及拓展应用 |
4.4 本章小结 |
第五章 固态电解质中金属锂负极的界面调控及性能研究 |
5.1 前言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 实验试剂 |
5.2.2 实验仪器 |
5.2.3 材料制备 |
5.2.4 材料表征 |
5.2.5 电化学测试 |
5.3 结果讨论 |
5.3.1 设计思路及非对称固态电解质结构、表征 |
5.3.2 非对称固态电解质的性能研究 |
5.3.3 电化学性能测试 |
5.3.4 软包电池及安全性测试 |
5.4 本章小结 |
第六章 锂硫电池中金属锂负极的界面调控及性能研究 |
6.1 前言 |
6.2 实验部分 |
6.2.1 实验试剂 |
6.2.2 实验仪器 |
6.2.3 材料制备 |
6.2.4 材料表征 |
6.2.5 电化学测试 |
6.3 结果讨论 |
6.3.1 设计思路及有机-无机磷酸化SEI膜的制备 |
6.3.2 有机-无机磷酸化SEI膜的表征 |
6.3.3 有机-无机磷酸化SEI膜的电化学性质探究 |
6.3.4 电化学性能测试 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
参考文献 |
论文发表目录 |
致谢 |
(4)稻壳基多孔碳负极材料的制备及电化学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池简介 |
1.2.1 锂离子电池的发展 |
1.2.2 锂离子电池的结构及其工作原理 |
1.3 锂离子电池碳负极材料 |
1.3.1 石墨类碳材料 |
1.3.2 无定形碳材料 |
1.4 生物质基碳材料 |
1.4.1 稻壳基碳材料 |
1.5 本文的研究内容及选题意义 |
第2章 实验部分 |
2.1 实验药品和仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 物理性质表征 |
2.2.1 X射线衍射分析 |
2.2.2 拉曼光谱分析 |
2.2.3 扫描电子显微镜 |
2.2.4 透射电子显微镜 |
2.2.5 能谱分析 |
2.2.6 比表面积和孔径分布分析 |
2.3 电极的制备及组装 |
2.3.1 电极的制备 |
2.3.2 电池的组装 |
2.4 电化学性能测试 |
2.4.1 循环及倍率充放电测试 |
2.4.2 循环伏安测试 |
2.4.3 阻抗谱图测试 |
第3章 稻壳基多孔碳的制备及电化学性能的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 稻壳基多孔碳材料的制备方法 |
3.2.2 稻壳基多孔碳材料的合成机理 |
3.3 K_2CO_3活化剂比例对稻壳基多孔碳材料性能的影响 |
3.3.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
3.3.2 扫描电子显微镜分析 |
3.3.3 透射电子显微镜分析 |
3.3.4 比表面积和孔径分析 |
3.3.5 电化学性能分析 |
3.4 不同方法制备稻壳多孔碳材料的性能影响 |
3.4.1 X射线衍射和拉曼光谱分析 |
3.4.2 扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析 |
3.4.3 比表面积和孔径分析 |
3.4.4 电化学性能分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 稻壳木质素基多孔碳材料的制备及电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 稻壳木质素基多孔碳材料的制备方法 |
4.2.2 稻壳木质素基多孔碳材料的合成机理 |
4.3 K_2CO_3活化剂比例对稻壳木质素基多孔碳材料性能的影响 |
4.3.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
4.3.2 扫描电子显微镜分析 |
4.3.3 透射电子显微镜分析 |
4.3.4 比表面积和孔径分析 |
4.3.5 电化学性能分析 |
4.4 不同煅烧时间对稻壳木质素基多孔碳材料性能的影响 |
4.4.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
4.4.2 扫描电子显微镜与透射电子显微镜分析 |
4.4.3 比表面积和孔径分析 |
4.4.4 电化学性能分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 多孔碳材料的氮、硫元素掺杂及电化学性能的研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
5.2.2 扫描电子显微镜分析 |
5.2.3 透射电子显微镜分析 |
5.2.4 电化学性能分析 |
5.3 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
作者简介及科研成果 |
致谢 |
(5)钾离子电池碳基负极材料的制备及电化学性能的研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
1 引言 |
2 文献综述 |
2.1 钾离子电池正极材料 |
2.1.1 钾基层状过渡金属氧化物正极材料 |
2.1.2 普鲁士蓝及其类似物正极材料 |
2.1.3 聚阴离子化合物正极材料 |
2.1.4 其他正极材料 |
2.2 钾离子电池负极材料 |
2.2.1 碳负极材料 |
2.2.2 钛基负极材料 |
2.2.3 合金类负极材料 |
2.2.4 其他负极材料 |
2.3 钾离子电池电解质和粘结剂材料 |
2.3.1 电解质 |
2.3.2 粘结剂材料 |
2.4 本课题的主要研究内容 |
3 实验材料与表征测试方法 |
3.1 实验材料 |
3.1.1 实验所需材料 |
3.1.2 实验所需仪器设备 |
3.2 材料主要的表征方法 |
3.2.1 X射线衍射(XRD)测试 |
3.2.2 拉曼(Raman)测试 |
3.2.3 热重分析(TGA)测试 |
3.2.4 差示扫描量热法(DSC)测试 |
3.2.5 N_2吸脱附测试 |
3.2.6 X射线光电子能谱(XPS)测试 |
3.2.7 扫描电子显微镜(SEM)测试 |
3.2.8 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试 |
3.3 电池的装配 |
3.3.1 电池极片的制备 |
3.3.2 2032扣式电池的装配 |
3.3.3 三电极电池的装配 |
3.4 电化学性能测试 |
3.4.1 恒电流充放电(GCD)测试 |
3.4.2 循环伏安(CV)测试 |
3.4.3 电化学交流阻抗(EIS)测试 |
4 稻壳基硬碳负极材料的制备及储钾性能的研究 |
4.1 引言 |
4.2 稻壳基硬碳负极材料的制备 |
4.2.1 稻壳的热重分析 |
4.2.2 稻壳基硬碳负极材料的制备过程 |
4.3 稻壳基硬碳负极材料的形貌及结构表征 |
4.3.1 稻壳基硬碳负极材料的形貌表征 |
4.3.2 稻壳基硬碳负极材料的结构表征 |
4.4 稻壳基硬碳负极材料的电化学性能测试 |
4.4.1 稻壳基硬碳负极材料的储钾性能 |
4.4.2 稻壳基硬碳负极材料的储钾动力学分析 |
4.5 本章小结 |
5 低成本高倍率多孔碳负极材料的制备及储钾性能的研究 |
5.1 引言 |
5.2 多孔碳负极材料的的制备 |
5.2.1 前驱体的热重分析 |
5.2.2 多孔碳的制备过程 |
5.3 多孔碳负极材料的形貌及结构表征 |
5.3.1 多孔碳负极材料的形貌表征 |
5.3.2 多孔碳负极材料的结构表征 |
5.4 多孔碳负极材料的电化学性能测试 |
5.4.1 多孔碳负极材料的储钾性能 |
5.4.2 多孔碳负极材料的储钾机制及动力学分析 |
5.5 本章小结 |
6 Fe_xP/C复合材料的制备及储钾性能的研究 |
6.1 引言 |
6.2 FeP/C复合材料的制备 |
6.3 FeP/C复合材料的结构及形貌表征 |
6.3.1 FeP/C复合材料的结构表征 |
6.3.2 FeP/C复合材料的形貌表征 |
6.4 FeP/C复合材料的电化学性能测试 |
6.4.1 FeP/C复合材料的储钾性能 |
6.4.2 FeP/C复合材料的储钾动力学分析 |
6.5 Fe_2P/C复合材料的制备和电化学性能测试 |
6.5.1 Fe_2P/C复合材料的制备和表征 |
6.5.2 Fe_2P/C复合材料的电化学性能 |
6.6 本章小结 |
7 商用硬碳负极材料的储锂/钠/钾性能和SEI膜的研究 |
7.1 引言 |
7.2 商用硬碳负极材料的形貌及结构表征 |
7.3 商用硬碳负极材料的电化学性能测试 |
7.4 商用硬碳负极材料表面SEI膜研究 |
7.5 本章小结 |
8 结论与展望 |
8.1 结论 |
8.2 创新点 |
8.3 展望 |
参考文献 |
作者简历及在学研究成果 |
学位论文数据集 |
(6)过渡金属离子对Li/MCMB电池性能破坏机理的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 锂离子电池概述 |
1.1.1 锂离子电池的发展历程 |
1.1.2 锂离子电池的结构与工作原理 |
1.2 锂离子电池的电极材料 |
1.2.1 正极材料的研究 |
1.2.2 负极材料 |
1.3 锂离子电池电解液 |
1.3.1 锂盐 |
1.3.2 有机溶剂 |
1.3.3 添加剂 |
1.4 过渡金属离子在固体电解质界面膜中的破坏机理研究 |
1.5 本论文研究背景和研究内容 |
1.6 论文创新点 |
第2章 实验仪器和方法 |
2.1 实验药品与仪器 |
2.1.1 实验药品与试剂 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 负极片制备及电池组装 |
2.2.1 MCMB负极片的制备 |
2.2.2 BOB基过渡金属盐的制备及纯化 |
2.2.3 电解液的配制 |
2.2.4 纽扣半电池的组装 |
2.3 电化学性能测试与表征手段 |
2.3.1 充放电测试 |
2.3.2 电化学交流阻抗测试 |
2.3.3 扫描电子显微镜 |
2.3.4 X射线光电子能谱 |
2.3.5 电感耦合等离子发射光谱仪 |
第3章 单一过渡金属离子对Li/MCMB电池性能破坏机理的研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 电极制备 |
3.2.2 电池组装 |
3.2.3 电化学性能测试与表征 |
3.3 单一添加时Li/MCMB电池的电化学性能 |
3.3.1 首次充放电曲线 |
3.3.2 Li/MCMB 半电池循环性能 |
3.3.3 Li/MCMB电池倍率性能 |
3.3.4 MCMB 电极表面 SEI 膜形貌分析 |
3.3.5 MCMB电极表面SEI膜形貌分析 |
3.3.6 电极表面成分分析 |
3.4 Mn~(2+)沉积示意图以及首次循环后过渡金属离子沉积示意图 |
3.5 本章小结 |
第4章 多种过渡金属离子对Li/MCMB电池性能破坏机理的研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 电极制备与电池组装 |
4.2.2 电化学性能测试与表征 |
4.3 多种添加时Li/MCMB电池的电化学性能 |
4.3.1 首次充放电曲线 |
4.3.2 阻抗分析 |
4.3.3 MCMB电极表面SEI膜形貌分析 |
4.3.4 电极表面成分分析 |
4.4 首次循环过程中过渡金属离子之间的破坏机理 |
4.5 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
附录B 攻读学位期间取得的其他学术成果 |
(7)适配于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的超高温电解液体系构建及电化学性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池概述 |
1.2.1 锂离子电池的发展历程 |
1.2.2 锂离子电池的组成及其工作原理 |
1.3 锂离子电池电极材料 |
1.3.1 锂离子电池正极材料 |
1.3.2 锂离子电池负极材料 |
1.4 锂离子电池电解液 |
1.4.1 电解液锂盐 |
1.4.2 电解液溶剂 |
1.4.3 电解液添加剂 |
1.5 锂离子电池高温电解液研究进展 |
1.5.1 混合锂盐在高温电解液中的应用 |
1.5.2 添加剂在高温电解液中的应用 |
1.5.3 超高温电解液的研究现状 |
1.6 选题意义及研究内容 |
1.6.1 选题意义 |
1.6.2 研究内容 |
1.7 论文创新点 |
第2章 实验仪器与测试方法 |
2.1 实验仪器与实验药品 |
2.1.1 实验仪器 |
2.1.2 实验药品 |
2.2 电解液配制与电池组装 |
2.2.1 电解液的配制 |
2.2.2 电极片的制备 |
2.2.3 电池的组装 |
2.3 电解液性能测试及电池的电化学性能表征 |
2.3.1 电导率测试 |
2.3.2 电解液热稳定性测试 |
2.3.3 充放电性能测试 |
2.3.4 电化学阻抗测试 |
2.4 电池材料的表征 |
2.4.1 扫描电子显微镜 |
2.4.2 能量色散X-射线 |
2.4.3 透射电子显微镜 |
2.4.4 X-射线衍射 |
2.4.5 X-射线光电子能谱 |
2.4.6 差示扫描量热法 |
2.4.7 电感耦合等离子体-原子发射光谱 |
第3章 超高温电解液体系的构建 |
3.1 引言 |
3.2 实验过程 |
3.2.1 电解质锂盐的制备 |
3.2.2 电解液的配制及电池组装 |
3.2.3 电解液性能测试 |
3.2.4 电池电化学性能测试 |
3.2.5 电极材料的测试表征 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 电解液性能分析 |
3.3.2 LFP/Li半电池超高温电化学性能分析 |
3.3.3 Li/石墨半电池超高温电化学性能分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 适配于NCM523的超高温电解液体系构建 |
4.1 引言 |
4.2 实验过程 |
4.2.1 电解液的配制 |
4.2.2 电池组装及电化学性能表征 |
4.2.3 电极材料表征 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 改性超高温电解液在NCM523/Li半电池中的应用 |
4.3.2 改性超高温电解液在Li/石墨半电池中的应用 |
4.4 本章小结 |
第5章 超高温电解液在NCM523/石墨全电池中的应用 |
5.1 引言 |
5.2 实验过程 |
5.2.1 软包电池组装及化成 |
5.2.2 软包电化学性能测试 |
5.2.3 电极材料表征 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 充放电性能分析 |
5.3.2 电化学阻抗分析 |
5.3.3 体积膨胀分析 |
5.3.4 电极片表征分析 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
附录B 攻读学位期间取得的其他学术成果 |
(8)稻壳基多孔碳负极材料的制备及电性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池简介 |
1.2.1 锂离子电池发展 |
1.2.2 锂离子电池的结构及其工作原理 |
1.2.3 锂离子电池特点 |
1.3 锂离子电池碳负极材料 |
1.3.1 石墨类碳材料 |
1.3.2 无定形碳材料 |
1.4 锂离子电池多孔碳负极材料 |
1.5 稻壳及稻壳基碳材料简介 |
1.5.1 稻壳的结构分析 |
1.5.2 稻壳制备电极材料的研究现状 |
1.6 本文的研究内容及选题意义 |
第2章 实验部分 |
2.1 实验药品和仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 物理性质表征 |
2.2.1 X射线衍射分析 |
2.2.2 拉曼光谱分析 |
2.2.3 扫描电子显微镜分析 |
2.2.4 透射电子显微镜分析 |
2.2.5 BET比表面积及孔径分布分析 |
2.2.6 X射线光电子能谱 |
2.3 电极的制备及组装 |
2.3.1 电极的制备 |
2.3.2 电池的组装 |
2.4 电化学性能测试 |
2.4.1 充放电恒倍率及变倍率循环性能测试 |
2.4.2 循环伏安测试 |
2.4.3 阻抗谱图测试 |
第3章 稻壳纤维素基片层多孔碳材料的制备及电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 稻壳纤维素基片层多孔碳材料的制备方法 |
3.2.2 提取纤维素和SiO2最佳条件的确定 |
3.3 煅烧温度对片层多孔碳材料的性能影响 |
3.3.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
3.3.2 扫描电镜和透射电镜分析 |
3.3.3 电化学性能分析 |
3.3.4 小结 |
3.4 煅烧时间对片层多孔碳材料结构及性能的影响 |
3.4.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
3.4.2 扫描电镜和透射电镜分析 |
3.4.3 比表面积和孔径分析 |
3.4.4 电化学性能分析 |
3.4.5 小结 |
3.5 本章小结 |
第4章 稻壳纤维素基分级多孔碳材料的制备及电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 稻壳纤维素基分级多孔碳材料的制备方法 |
4.2.2 实验反应机理探究 |
4.3 水热碳化时间对多孔碳材料结构和性能的影响 |
4.3.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
4.3.2 扫描电镜和透射电镜分析 |
4.3.3 电化学性能分析 |
4.3.4 小结 |
4.4 煅烧温度对分级多孔碳材料结构及性能的影响 |
4.4.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
4.4.2 扫描电镜和透射电镜分析 |
4.4.3 电化学性能分析 |
4.4.4 小结 |
4.5 煅烧时间对分级多孔碳材料结构及性能的影响 |
4.5.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
4.5.2 扫描电镜和透射电镜分析 |
4.5.3 比表面积和孔径分析 |
4.5.4 电化学性能分析 |
4.5.5 小结 |
4.6 本章小结 |
第5章 片层多孔碳材料的氮、硫元素掺杂及电化学性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
5.2.2 扫描电镜和透射电镜分析 |
5.2.3 X射线光电子能谱分析 |
5.2.4 比表面积和孔径分析 |
5.2.5 电化学性能分析 |
5.3 锂离子电池生物质碳材料的电性能比较 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
致谢 |
(9)新型钾离子电池自支撑电极材料的制备及性能研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 钾离子电池概述 |
1.2.1 钾离子电池结构和工作原理 |
1.2.2 钾离子电池面临的挑战 |
1.3 钾离子电池负极材料 |
1.3.1 碳基负极材料 |
1.3.2 非碳基无机负极材料 |
1.3.3 有机负极材料 |
1.4 钾金属负极 |
1.4.1 钾金属研究现状与发展 |
1.4.2 钾金属负极面临的挑战 |
1.5 钾离子电池正极材料 |
1.5.1 无机正极材料 |
1.5.2 硫正极材料 |
1.5.3 有机正极材料 |
1.6 本论文选题思路与研究内容 |
第2章 杯状碳纳米管自支撑负极的制备及电化学性能研究 |
2.1 引言 |
2.2 实验部分 |
2.2.1 材料制备 |
2.2.2 材料表征 |
2.2.3 电化学测试 |
2.3 结果与讨论 |
2.3.1 杯状碳纳米管的制备及形貌结构表征 |
2.3.2 杯状碳纳米管的储钾性能 |
2.3.3 杯状碳纳米管电极结构演化分析 |
2.4 本章小结 |
第3章 多孔碳纳米纤维自支撑负极的制备及电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 实验部分 |
3.2.1 材料制备 |
3.2.2 材料表征 |
3.2.3 电化学测试 |
3.3 结果与讨论 |
3.3.1 多孔碳纳米纤维的制备及形貌结构表征 |
3.3.2 多孔碳纳米纤维的储钾性能 |
3.3.3 多孔碳纳米纤维电极储钾机理探究 |
3.4 本章小结 |
第4章 基于碳纳米纤维@二氧化锡复合膜的钾金属负极的制备及性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 实验部分 |
4.2.1 材料制备 |
4.2.2 材料表征 |
4.2.3 电化学测试 |
4.2.4 理论计算 |
4.3 结果与讨论 |
4.3.1 碳纳米纤维的制备及形貌结构表征 |
4.3.2 碳纳米纤维@二氧化锡的制备及形貌结构表征 |
4.3.3 三维复合钾金属的制备及形貌结构表征 |
4.3.4 钾金属电化学沉积/溶解行为研究 |
4.3.5 钾金属负极电化学性能研究及结构演变 |
4.3.6 钾金属成核及沉积机理研究 |
4.3.7 全电池性能研究 |
4.4 本章小结 |
第5章 自支撑碳纤维@小分子硫正极的制备及反应机理研究 |
5.1 引言 |
5.2 实验部分 |
5.2.1 材料制备 |
5.2.2 材料表征 |
5.2.3 电化学测试 |
5.2.4 硫的性能表征 |
5.2.5 反应机理研究 |
5.3 结果与讨论 |
5.3.1 碳纤维的制备及形貌结构表征 |
5.3.2 碳纤维@小分子硫的制备及形貌结构表征 |
5.3.3 硫的存在状态及化学性质研究 |
5.3.4 碳纤维@小分子硫正极的储钾性能 |
5.3.5 碳纤维@小分子硫正极循环后的结构稳定性 |
5.3.6 碳纤维@小分子硫正极储钾机理 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 全文结论 |
6.2 主要创新点 |
6.3 工作展望 |
参考文献 |
附录 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(10)黄麻纤维基碳材料的制备及其电化学性能的研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 锂离子电池简介 |
1.2.1 锂离子电池的发展 |
1.2.2 锂离子电池的结构及其工作原理 |
1.3 锂离子电池碳负极材料 |
1.3.1 石墨类碳材料 |
1.3.2 无定形碳材料及其储锂机制 |
1.3.2.1 无定形碳储锂机制 |
1.3.2.2 硬碳和软碳 |
1.3.2.3 生物质碳 |
1.4 黄麻纤维材料概述 |
1.4.1 黄麻纤维的组成和结构 |
1.4.2 黄麻纤维碳材料研究现状 |
1.5 本文的研究目的和内容 |
第2章 实验部分 |
2.1 实验药品及仪器 |
2.1.1 实验药品 |
2.1.2 实验仪器 |
2.2 物理性质表征 |
2.2.1 X射线衍射分析 |
2.2.2 拉曼光谱分析 |
2.2.3 比表面积和孔径分析 |
2.2.4 扫描电子显微镜 |
2.2.5 透射电子显微镜 |
2.2.6 热重分析 |
2.3 电极的制备及组装 |
2.3.1 电极的制备 |
2.3.2 电池的组装 |
2.4 电化学性能测试 |
2.4.1 循环及倍率充放电测试 |
2.4.2 循环伏安测试 |
2.4.3 阻抗测试 |
第3章 氯化锌活化黄麻纤维基碳材料的制备及电化学性能研究 |
3.1 引言 |
3.2 氯化锌活化黄麻纤维基碳材料的制备及合成机理 |
3.2.1 氯化锌活化黄麻纤维基碳材料的制备过程 |
3.2.2 氯化锌活化黄麻纤维的活化机理 |
3.2.3 氯化锌活化黄麻纤维的碳的得率 |
3.3 活化剂用量对氯化锌活化电极材料性能的影响 |
3.3.1 X射线衍射与拉曼光谱分析 |
3.3.2 比表面积和孔径分析 |
3.3.3 扫描电镜和透射电镜分析 |
3.3.4 电化学性能分析 |
3.4 活化温度对氯化锌活化电极材料性能的影响 |
3.4.1 热重分析 |
3.4.2 X射线衍射和拉曼光谱分析 |
3.4.3 比表面积和孔径分析 |
3.4.4 扫描电镜和透射电镜分析 |
3.4.5 电化学性能分析 |
3.5 本章小结 |
第4章 氯化铜活化黄麻纤维基碳材料的制备及电化学性能研究 |
4.1 引言 |
4.2 氯化铜活化黄麻纤维基碳材料的制备及合成机理 |
4.2.1 氯化铜活化黄麻纤维基碳材料的制备过程 |
4.2.2 氯化铜活化黄麻纤维材料的机理 |
4.3 氯化铜活化黄麻纤维基生物质碳材料的表征及其电化学性能 |
4.3.1 热重分析 |
4.3.2 X射线衍射和拉曼光谱分析 |
4.3.3 比表面积和孔径分析 |
4.3.4 扫描电镜和透射电镜分析 |
4.3.5 电化学性能分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 黄麻纤维素基碳微球的制备及电化学性能研究 |
5.1 引言 |
5.2 黄麻纤维素基碳微球的制备及合成机理 |
5.2.1 黄麻纤维素的提取 |
5.2.2 黄麻纤维素基碳微球电极材料的制备过程 |
5.2.3 黄麻纤维素基碳微球的合成机理 |
5.3 水热反应时间对碳微球材料的影响 |
5.3.1 X射线衍射和拉曼光谱分析 |
5.3.2 扫描电镜和透射电镜分析 |
5.3.3 电化学性能分析 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论 |
参考文献 |
作者简介及科研成果 |
致谢 |
四、电解液组成对锂离子电池碳负极SEI膜性能的影响(论文参考文献)
- [1]锂离子电池碳基负极材料增材制造及其电化学性能研究[D]. 胡雪. 吉林大学, 2021(01)
- [2]多孔硅基复合材料的制备及其电化学性能的研究[D]. 尚志同. 江西理工大学, 2021(01)
- [3]金属锂负极的结构设计及表界面化学研究[D]. 王骞. 北京大学, 2021(01)
- [4]稻壳基多孔碳负极材料的制备及电化学性能研究[D]. 王金阳. 吉林大学, 2021(01)
- [5]钾离子电池碳基负极材料的制备及电化学性能的研究[D]. 李文挺. 北京科技大学, 2021(02)
- [6]过渡金属离子对Li/MCMB电池性能破坏机理的研究[D]. 李文博. 兰州理工大学, 2020(12)
- [7]适配于LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2的超高温电解液体系构建及电化学性能研究[D]. 杨莉. 兰州理工大学, 2020(12)
- [8]稻壳基多孔碳负极材料的制备及电性能研究[D]. 王宇. 吉林大学, 2020(08)
- [9]新型钾离子电池自支撑电极材料的制备及性能研究[D]. 赵鑫鑫. 天津大学, 2020(01)
- [10]黄麻纤维基碳材料的制备及其电化学性能的研究[D]. 刘鑫. 吉林大学, 2020(08)