高容量锂离子电池碳基复合负极材料的研究

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随着化石能源的逐步耗尽及世界范围内对低碳循环经济的迫切需求,环保低排放的电动车及混合动力车的研制和开发引发了对高能二次电池的需求。锂离子二次电池因其环保,高能量密度,循环寿命长的优点备受关注。目前锂离子电池广泛采用的石墨类碳负极材料的理论容量较低,高倍率性能差,难以满意动力电池的需求。因而开发新型高性能负极材料迫在眉睫。   复合材料技术可以发挥组成材料各自的优点,克服单一材料的缺陷,是开发新型功能材料的一种有效途径。碳与其它材料所形成的功能化复合材料在化学催化、电化学催化和化学电源等领域具有独特的应用价值。本论文针对锂离子电池负极材料作为应用目标,研究了硅/碳/聚苯胺,空心碳半球两类碳基复合功能材料合成方法。利用XRD,SEM,TEM等技术对材料的结构和形貌进行了分析,采用循环伏安法、恒流充放电测试,交流阻抗法等多种电化学研究方法对它们的循环容量、循环寿命以及高倍率下的循环性能等电化学性能进行了深入地研究。   本论文主要开展了以下几方面研究:   (1)采用高比容量的硅为活性体,掺入结构稳定富有弹性的碳基体中,通过高温固相法以及高能球磨法等方法制备了新型碳基复合材料,通过比较了不同碳源,硅碳比例,高温固相反应温度等因素优化制备工艺,然后通过采用原位氧化合成聚苯胺的方法在硅碳复合材料的表面包覆上掺杂聚苯胺,制备的聚苯胺硅碳复合材料具有高的可逆容量784 mAh/g,而且在50次充放电循环后,放电容量还保持在690 mAh/g以上,具有良好的循环性能。   (2)采用聚苯乙烯球为模板,通过水热法包裹硬碳层,又用微波法迅速引发聚苯乙烯核裂解的两步反应,制备了高比表面的空心碳半球,并对材料进行了形貌表征和电化学测试,在高倍率充放电条件下,与石墨、中间相碳微球电极相比,空心碳半球显现出了更高的容量和优异的循环寿命,1C下可逆容量分别为753 mAh/g,经过350次循环放电容量稳定在400 mAh/g。
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