發(fā)布時間：2017-04-03 01:10

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯基鋰—有機物電池電極材料制備及電化學性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰-有機物電池是一種新興二次電池,相較于傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的無機材料,有機材料具有理論比容量高、結(jié)構(gòu)多樣、原料資源豐富、環(huán)境友好、成本低等優(yōu)點,在便攜式電子設(shè)備、新動力交通工具等技術(shù)飛速發(fā)展的今天,有機材料在儲能器件領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢?由于大部分的有機物是不導電的絕緣體,在電池充放電循環(huán)過程中反應產(chǎn)生的副產(chǎn)物較多,有機物鋰鹽極易溶解于有機電解液中造成活性物質(zhì)的流失等問題限制了鋰-有機物電池的研究進展以及在實際中的應用。本課題在研究有機物在鋰電池中的電化學性能的基礎(chǔ)上得出鋰有機物電池電化學性能衰減迅速的幾個重要原因,從而針對問題本質(zhì)探索改善其性能的方法,從電化學測試數(shù)據(jù)分析實驗方法成功提高了有機物的電化學循環(huán)穩(wěn)定性。實驗首先選取SAD、NAD、NTCDA和PTCDA這四種有機酸酐類材料作為活性物質(zhì)應用于鋰電池正極材料。通過對材料在充放電前和充放電過程中的恒流充放電測試、循環(huán)伏安測試、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、FT-IR紅外光譜等測試和分析手段,分析得出:有機活性物質(zhì)在鋰電池中容易溶解于電解液中造成正極材料的損失;分子量最小的有機物丁二酸酐(SAD)更容易發(fā)生溶解,從第一圈放電比容量217mAh/g(理論容量的80%)第二圈衰減至56mAh/g,而在5圈之后放電比容量迅速衰減并穩(wěn)定在23mAh/g。而分子量最大的傒四甲酸二酐(PTCDA)100圈電化學循環(huán)后其放電比容量從初放的130.8 mAh/g(理論容量的95%)緩慢下降到86 mAh/g。根據(jù)SEM表征結(jié)果分析,電池鋰片上的沉積物越多,有機物電化學性能越差;在恒流充放電過程中產(chǎn)生的有機鋰鹽溶解于電解液中發(fā)生穿梭效應穿過電池隔膜沉積在負極鋰片上,極大影響了鋰片的利用率。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計制備了一種有機物-石墨烯復合材料作為鋰電池正極材料,其中化學改性的石墨烯片經(jīng)試驗證明具有良好的電子導電性,其獨特的層狀結(jié)構(gòu)為有機物提供了電子運輸通道,在層狀結(jié)構(gòu)中還存在著豐富的交聯(lián)的孔洞結(jié)構(gòu)更有效地阻礙了有機物及其反應產(chǎn)物有機鋰鹽與電解液直接接觸發(fā)生溶出和穿梭效應;石墨烯片的層狀結(jié)構(gòu)使其具有較大的比表面積,為有機物顆粒的附著提供了很大空間,增加了有機物與鋰離子的接觸,便于發(fā)生鋰離子的脫嵌反應;因此實驗有效改善了有機物的電化學性能,以PTCDA為例,PTCDA/Super-P/PVDF電極電化學循環(huán)100圈后容量由130mAh/g衰減到86 mAh/g,且仍有繼續(xù)衰減趨勢,而PTCDA-CCG復合材料電極在200圈后仍能保留95mAh/g的放電比容量且容量穩(wěn)定,分析得出,有機物與石墨烯復合不僅可以提高放電比容量也可獲得良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 有機物復合材料 鋰/有機物電池 正極材料
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鋰有機電池簡介12-15
• 1.2.1 鋰有機電池工作原理12-14
• 1.2.2 鋰有機物電池發(fā)展面臨的問題14-15
• 1.3 鋰有機物電池正極材料概述15-22
• 1.3.1 導電聚合物正極材料研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.2 共軛羰基化合物正極材料研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3.3 其他有機物正極材料研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4 石墨烯概述22-25
• 1.4.1 石墨烯簡介22-23
• 1.4.2 石墨烯制備方法23-24
• 1.4.3 碳材料在鋰有機物電池中的研究現(xiàn)狀24-25
• 1.5 本文研究目的與主要研究內(nèi)容25-27
• 第二章 實驗部分27-39
• 2.1 實驗材料和制備方法27-32
• 2.1.1 制備樣品儀器27
• 2.1.2 實驗材料27-28
• 2.1.3 氧化石墨烯的制備28-29
• 2.1.4 石墨烯的制備29-30
• 2.1.5 化學改性石墨烯片（CCG）的制備30-32
• 2.1.6 聚酰亞胺的制備32
• 2.2 分析和測試方法32-34
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）32-33
• 2.2.2 透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscopy，TEM）33
• 2.2.3 紅外光譜分析（Fourier Transform Infrared Spectrometer，F(xiàn)T-IR）33
• 2.2.4 X射線衍射（X-ray diffraction，XRD）33-34
• 2.2.5 拉曼光譜分析（Raman spectra，RAMAN）34
• 2.2.6 熱重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）34
• 2.3 電化學性能測試34-39
• 2.3.1 工作電極的制備34-36
• 2.3.2 交流阻抗（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）測試36
• 2.3.3 循環(huán)伏安（Cyclic voltammetry, CV）測試36
• 2.3.4 恒流充放電測試36-39
• 第三章 化學改性石墨烯片（CCG）、有機物、有機物-CCG 復合材料的表征39-55
• 3.1 CCG的表征39-41
• 3.1.1 掃描電子顯微鏡39-41
• 3.2 有機物的表征41-44
• 3.2.1 掃描電子顯微鏡41-43
• 3.2.2 X射線衍射43-44
• 3.2.3 拉曼光譜分析44
• 3.3 有機物-CCG復合材料的表征44-47
• 3.3.1 掃描電子顯微鏡44-45
• 3.3.2 透射電子顯微鏡45-46
• 3.3.3 TG熱重分析46-47
• 3.4 有機物鋰電池充放電后電池正負極表征47-54
• 3.4.1 掃描電子顯微鏡48-52
• 3.4.2 正極片掃描電子顯微鏡52
• 3.4.3 FT-IR紅外分析52-53
• 3.4.4 X射線衍射53-54
• 3.5 小結(jié)54-55
• 第四章 化學改性石墨烯片（CCG）、有機物-CCG復合材料的電化學性能表征55-67
• 4.1 CCG的電化學性能研究55-57
• 4.1.1 恒流充放電測試分析55-56
• 4.1.2 電化學交流阻抗測試分析56
• 4.1.3 循環(huán)伏安測試分析56-57
• 4.2 有機物材料的電化學性能研究57-60
• 4.2.1 電化學交流阻抗測試分析57-58
• 4.2.2 循環(huán)伏安測試分析58-59
• 4.2.3 恒流充放電測試分析59-60
• 4.3 有機物-CCG復合材料的電化學性能研究60-62
• 4.3.1 電化學交流阻抗測試分析60
• 4.3.2 循環(huán)伏安測試分析60-61
• 4.3.3 恒流充放電測試分析61-62
• 4.4 聚酰亞胺-CCG復合材料的電化學性能研究62-64
• 4.4.1 電化學交流阻抗測試分析62-63
• 4.4.2 循環(huán)伏安測試分析63
• 4.4.3 恒流充放電測試分析63-64
• 4.5 小結(jié)64-67
• 第五章 結(jié)論與展望67-71
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 展望68-71
• 參考文獻71-79
• 致謝79-81
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文及研究成果81

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李仕群;胡佳山;;粉煤灰物理化學性能評述[J];山東建材學院學報;1989年01期

2 戴忠旭,詹暉,周運鴻,桂嘉年,王仁卉;尖晶石鋰錳氧化物中氧缺陷對材料電化學性能的影響[J];武漢大學學報(理學版);2003年03期

3 龔茜，譚攸庚;釕鈦錫氧化物陽極表面形態(tài)及電化學性能研究[J];氯堿工業(yè);1995年05期

4 屠德周;雷永泉;陳立新;呂光烈;魏范松;;退火處理對La-Mg-Ni-Co合金電化學性能的影響[J];浙江大學學報(工學版);2007年03期

5 余祖孝;陳建;郝世雄;韓選平;;添加劑對鋁陽極電化學性能的影響[J];電源技術(shù);2007年06期

6 孫泉勝;肖來榮;;Zn-0.3Bi-0.06Ti合金的制備與電化學性能[J];電源技術(shù);2012年03期

7 鄧凌峰;陳洪;;2,5-二巰基-1,3,4-噻二唑的合成及電化學性能[J];材料導報;2009年22期

8 許樹茂;陳杰勇;鄧淇彬;高愛梅;舒東;;不同摻炭比例對超級電池負極鉛膏電化學性能的影響[J];蓄電池;2013年05期

9 李運姣,常建衛(wèi),李洪桂,趙中偉,孫召明,霍廣生,孫培梅;富鋰型摻鈷尖晶石鋰錳氧化物的結(jié)構(gòu)與電化學性能[J];中南大學學報(自然科學版);2004年03期

10 李林艷;崔曉蘭;單忠強;田建華;劉肖燕;;不同粘結(jié)劑對鋰-硫電池電化學性能的影響[J];功能材料;2014年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郄富昌;彭慶文;唐致遠;;鋰離子電池負極材料Li_2ZnTi_3O_8/C納米顆粒的制備及其電化學性能[A];第30屆全國化學與物理電源學術(shù)年會論文集[C];2013年

2 李良超;郝仕油;林秋月;應桃開;;納米氧化錳的制備及其電化學性能研究[A];第五屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

3 劉志超;黨海軍;陳廣宇;張自祿;;氟化石墨的制備與電化學性能[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（上集）[C];2005年

4 張森;李志勇;;氟化處理對儲氫合金電化學性能的影響研究[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（下集）[C];2005年

5 季益剛;周益明;邵陽;戴躍華;俞燕青;王青;唐亞文;陸天虹;沈濤;;氫氧化鎳的低熱固相合成及其電化學性能[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（上集）[C];2005年

6 董怡辰;王振波;秦華;;炭包覆對動力鋰離子電池正極材料電化學性能影響[A];第22屆炭—石墨材料學術(shù)會論文集[C];2010年

7 侯磊;吳茂;何新波;曲選輝;;碳含量對磷酸釩鋰電化學性能的影響[A];第30屆全國化學與物理電源學術(shù)年會論文集[C];2013年

8 鄒紅麗;招睿雄;沈培康;;鎢摻雜LiFePO_4的合成和電化學性能研究[A];第二十八屆全國化學與物理電源學術(shù)年會論文集[C];2009年

9 樊小勇;江宏宏;黃令;孫世剛;;電鍍錫作為鋰離子電池負極材料的電化學性能研究[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（上集）[C];2005年

10 王婷;曹中秋;邊靜;;鎂鋁儲氫電極合金的制備及電化學性能研究[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（下集）[C];2005年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;鋅的性質(zhì)與用途[N];期貨日報;2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 盧桂霞;過渡金屬氧化物鋰離子電池負極材料的制備及其電化學性能研究[D];山東大學;2015年

2 胡梅娟;金屬氧化物基鋰/鈉離子電池負極材料制備與電化學性能研究[D];浙江大學;2014年

3 劉芳延;基于綜纖維素制備炭基復合材料及其電化學性能研究[D];東北林業(yè)大學;2015年

4 江小劍;基于脫合金法的錳基微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其電化學性能研究[D];山東大學;2015年

5 王聰;鋰離子電池電極材料Li_3V_2(PO_4)_3的制備及其電化學性能改性研究[D];北京化工大學;2015年

6 莫潤偉;高性能鋰離子電池正極材料LiV_3O_8的制備及其電化學性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

7 歷彪;鈦的含氟氧化物及其鋰化產(chǎn)物納米粒子的合成、表征與電化學性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2015年

8 劉清朝;鋰空氣電池電極材料的制備和電化學性能研究[D];吉林大學;2015年

9 石麗麗;新型鋰硫電池正極材料的制備及其電化學性能研究[D];北京理工大學;2016年

10 劉兵;錫/鉬基鋰離子電池負極材料的微結(jié)構(gòu)調(diào)控及儲鋰性能研究[D];北京理工大學;2015年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 栗志同;釩基材料的合成、表征及其電化學性能研究[D];華南理工大學;2015年

2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫復合材料的制備及其Li-S電池電化學性能研究[D];華南理工大學;2015年

3 燕平;氫驅(qū)動化學反應法制備Li_xal_ySi_z鋰離子電池負極材料及其電化學性能[D];浙江大學;2015年

4 杜志玲;摻氮多孔碳的制備及其電化學性能研究[D];燕山大學;2015年

5 宋巧蘭;新型離子液體的制備及其電化學性能研究[D];陜西科技大學;2015年

6 黃文靜;新型導電聚合物-石墨烯電極材料的制備及電化學性能研究[D];南京理工大學;2015年

7 康怡然;納米二氧化錳/碳材料復合電極材料的制備及其電化學性能的研究[D];鄭州大學;2015年

8 張亦弛;低維氧化鉬納米材料微觀結(jié)構(gòu)及其電化學性能研究[D];南京理工大學;2015年

9 李濤;Fe-Mn-Ti-C鋰離子電池負極材料的制備及其電化學性能研究[D];山東大學;2015年

10 申亞舉;水系鋰離子電池負極材料LiTi_2(P0_4)_3的制備及性能研究[D];沈陽理工大學;2015年

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯基鋰—有機物電池電極材料制備及電化學性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：283459