天然石墨負極材料表面改性研究.pdf

1、鋰離子二次電池具有電壓高、比能量大、循環(huán)壽命長、安全性能好、自放電小、可快速充放電的優(yōu)點,目前已在手機、筆記本、電動自行車等領域得到廣泛的使用。21世紀,電動汽車領域快速發(fā)展,鋰離子電動汽車這一概念被越來越多的人們所關注。鋰離子電動汽車發(fā)展的核心問題是電池,而電池性能的核心是電池材料。
　　 本文概述了鋰離子二次電池的組成、原理及優(yōu)點,描述了鋰離子二次電池的現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn),介紹了電池材料的情況,并詳細闡述了天然石墨負極材料目前

2、的研究情況及改性方法。在此基礎上從液相氧化、NG與SnO2材料復合和導電聚合物包覆復合材料及高溫高壓處理四個方面對天然石墨進行改性,并對其物理性能和電化學性能做了一系列分析。
　　 (1)在不同PH值條件下硝酸氧化處理天然石墨得到活性物質,經氧化處理的石墨材料表面更加的平整光潔,排列更加緊密,振實密度提高了3.5％。天然石墨材料經氧化處理后電化學性能有了明顯的提高,其中表現(xiàn)最好的為PH1.0下氧化的樣品。其首次放電容量高達356

3、mAh·g-1,接近石墨的理論容量,較未處理石墨樣品提高了46mAh·g-1,循環(huán)20次后仍保持339mAh·g-1,容量保持率為95.2％.使用PH值為0.5的硝酸溶液處理天然石墨時,活性物質具有更高的首次放電容量,但循環(huán)性能較差。分析認為,當表面氧化程度過高時對材料的循環(huán)性能會有不利影響。
　　 (2)以四氯化錫為原料,制備二氧化錫納米顆粒。將二氧化錫加入甲苯溶液,并加入一定量的硅試劑在高溫氮氣保護下進行氨基化處理。將天然石

4、墨材料在PH值為1.0的硝酸溶液中氧化處理后,與氨基化處理得到的二氧化錫進一步反應,在兩種材料之間形成穩(wěn)定的化合鍵。復合材料分布較為均勻,其聚集形態(tài)可分為三種:石墨表面斷裂凹陷處氧化錫小顆粒的分布,石墨邊緣區(qū)域大量氧化錫的團聚沉積和石墨表面平整區(qū)域的氧化錫小顆粒均勻分散。復合材料表現(xiàn)出了較好的電化學性能,首次放電容量達到567mAh·g-1,循環(huán)20次后容量保持率在75％。
　　 (3)NG/SnO2復合材料經聚吡咯包覆后,形成

5、了片狀包覆結構。片狀包覆物以SnO2小顆粒為核,形成了核殼結構。SnO2材料包覆比較完整,石墨大顆粒表面有部分區(qū)域未完全包覆。經過包覆的NG/SnO2表現(xiàn)出了良好的電性能。與未包覆前567mAh·g-1相比,首次放電比容量雖然下降了54.3mAh·g-1,但首次不可逆容量也有了明顯降低,首次充放電效率有了明顯的提高,達到75％。循環(huán)20次后比容量仍然保持在479.4mAh·g-1,容量保持率為90％,較未包覆前的75％有了明顯的提升。<