改性天然石墨用作锂离子电池负极的研究

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1、中文摘要天然石墨因其成本低、较好的化学稳定性、较高的比容量及良好的锂离子插入，脱出可逆性，广泛应用于钽离子电池负极材料中。但是天然石墨电极也存在着耐大电流充放电性能差、与溶剂相容性差(特别是在含有碳酸丙烯醣．PC的体系中)，等缺点。本论文从天然石墨的结构和性能入手，展开了空气弱氧化热处理、液相氧化处理、金属元素越掺杂几种对天然石墨改性方法的研究，并通过各种物理及电化学(包括热重分析、X射线衍射、扫描电镜、充放电测试、循环伏安测试等)的测试手段和方法，对改性材料的微观结构、表面形态、电化学性能等进行了较为深入的研究和分析，并得出一些

2、有价值的结论。空气弱氧化热处理是一种操作较为简便、适合工业生产的改性方法。以热处理温度、保温时间、降温方式三种影响因素为基础、采用正交实验法，进行了天然石墨热处理改性工艺的研究。结果表明，在实验范围内。最佳改性方案为：热处理温度600。C、保温4小时、退火降温。经过这样处理的天然石墨电极其首次充放电性能和循环性能有了较大提高。液相氧化+表面膜预生成是一种共改性方法。相比空气弱氧化熟处理，它的氧化程度更深，特别是其氧化均匀性大大提高。不同的氧化剂改性的效果有所不同。研究比较了常见的几种强氧化剂的改性效果，发现K2S208的综合改性效

3、果相对更好，而(NH4)2S208的不可逆容量最低。金属的K+的骨架支撑作用对提高循环性能有重要作用。金属元素掺杂也是对天然石墨进行改性的有效手段之一。研究了金属元素AI的掺入对天然石墨结构和性能的影响，结果表明，掺Al改性材料较未处理天然石墨其层间距均有所减小，且随掺AI量的增加其减小的量也稍大些。其充放电容量也稍有增加，并随掺A

4、量的增加而增大的更多些。特别地，掺AI改性后的试样其循环性能大大提高。关键词：锂离子电池，改性天然石墨，热处理，氧化，掺杂AbstractNaturalgraphitehasbeenwidelyapp

5、liedforanodematerialsoflithium-ionbatteriesbecauseofitslowcost,goodchemicalstabilities，higherspecificcapacityandexcellentLi-ionintercalation／deintercalation．However,naturalgraphitealsohassomenotableshortcomingssuchasitsinferiorhigh-ratecharge．dischargeandconsistency，e

6、tc。Basingonnaturalgraphite’sla'uctureandspeciality，weexper￡threemethodsincludingthermaltreatment．chemicaltreatmentaswellasdopingaluminumtoimprovetheperformanceofnaturalgraphite，studyingmicrostructure，SUl'￡aceconfiguration．electrochemicalperformanceofthemodifledmateria

7、lbysomeph)‘sicalandelectrochemicalanalyticalmethodsincluding陋X—raydiffraction，SEM，charge-dischargetesting，andVA．Wereachedsomevaluableconclusionsultimately．Thermaltreatmentinsmallamountofairisaconvementmeansfittingforindustrialization．Weseekaprocesstoimprovenaturalgrap

8、hite’sperformancebyverticalexperiment，whichfoundsonthinefactorsi．e．thermaltreatmenttemperature。heatpreservationtimeandcoolingpa：ttems。In也eend．wefoundabe钍erprocess：600。Cforthermaltreatmenttemperature，4hoursforheatpreservationtime，andannealforcoolingpattern．Chemicaltrea

9、tmentisaco-modificationmethod．Comparedwiththermaltreatmentinalr，chemicaltreatmentisamoredee口lyoxidation，andespeciallymoreexc