用于锂离子电池的新型酚醛树脂热解碳改性材料的制备与性能研究

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1、青岛科技大学研究生学位论文1．1锂离子电池概述第一章绪论任何新事物的产生都有一定的背景，锂离子电池的产生也不例外【11。20世纪六七十年代发生的石油危机迫使人们去寻找新的能源来弥补传统的石油能源的不足。在这样大的背景下，众多的科研工作者将注意力转移到能源领域，尤其是绿色环保的、可再生的能源，锂电池就是在这样一个背景下产生的。由于金属锂是所有金属中最轻、氧化还原电位最低、能量密度最大的物质，因而率先成为可替代的能源材料之一，并且有良好的发展潜力。当然，锂电池既具有上述优点，也存在着难以克服的缺点，如安全问题、容量问题、循环寿命、使用环境等。简单的说，对这几个缺点的克服和改进就是锂电池

2、与锂离子电池的发展历史。其中，安全问题是推广使用前首先必须解决的。20世纪80年代，人们的注意力主要集中在金属锂为负极的锂二次电池体系。但是该类电池在充电时，由于金属锂电极表面的不均匀(凹凸不平)导致表面电位分布不均，从而造成锂不均匀沉积。该不均匀的沉积过程导致锂在一些部位沉积过快，产生树枝一样的结晶(称为枝晶)。当枝晶发展到一定的程度时，一方面会发生折断，产生“死锂"，造成锂的不可逆传输；另一方面，形成的枝晶会穿透隔膜，使正、负极产生短路，而且生成大量的热，使电池着火甚至爆炸，隐藏着严重的安全隐患。碳负极材料的开发解决了锂电池存在的安全隐患问题。1990年日本索尼公司率先开发出C

3、／UC002锂离子电池，该电池正极用富含锂离子的UC002材料，负极用可嵌入锂离子的碳材料，成为新一代锂离子电池。1991年成功地将该种锂离子电池率先商品化。1994年，美国Bellcore公司开发出薄膜型卷绕式电池，组成为C／GPE／uMn204，厚度0．55mm，循环寿命为2500浏2】。另一方面，由于液体电解质还存在着易漏液等问题，因此日本和美国等国家在80年代便开始了聚合物固体电解质的研究，并在1995年开发出凝胶聚合物锂离子电池。1999年，凝胶型聚合物锂离子电池开始商品化，从而使聚合物锂离子电池进入了崭新的发展阶段。如今电子产业的发展以及动力电池的发展对锂离子电池提出了

4、一个更高的要求一高容量。这一新要求是目前锂离子电池产业难以满足的，因此研制和开发新型大容量负极材料，提高电池的容量和循环性能，成为科学家们目前研究的重用于锂离子电池的新型酚醛树脂热解碳改性材料的制备与性能研究点之～，这势必推动锂离子电池产业进入一个崭新的发展阶段。1．2锂离子电池的特点锂离子电池解决了金属锂蓄电池的循环寿命低、不安全等问题，为二次锂电池的大规模生产提供了契机。虽然与金属锂二次电池相比，在能量密度、工作电压等方面做出了一定的牺牲，但是与传统的铅酸、镉镍等电池相比仍然具有无可比拟的优点。主要表现在以下几个方面：(1)高能量密度。对于同一容量的电池，锂离子电池的重量只相当

5、于高容量镉镍、Ni．Ⅻ电池重量的一半，同时体积也分别减少了40～50％和20—30％。(2)高电压。锂离子电池的单电池平均工作电压为3．6V，相当于3个镉镍、Ni．MH电池串联，这样在组成电池组时，所用单电池数减少，因而减少了由于单电池损坏而导致的电池组的故障率。(3)高功率。放电率最高可达C／0．5，即能够以2C这样大的电流连续放电，完全可以用于小型发动机、软硬盘驱动器电源等，并且当采用薄电极技术时，电池可以用一个大电流放电，而电池的容量基本不受影响，不会损坏材料的结构，无记忆效应。(4)不含汞、镉、铅等环境污染物。(5)安全性能好。二次锂离子电池不含有金属锂，只存在锂的嵌入化合

6、物，锂的化合物比金属锂稳定；另外，二次锂离子电池在放电时，锂离子插入到负极材料中，可以避免形成锂枝晶，使安全性能得到了明显的改善，也大大提高了使用与携带的安全性。(6)100％放电深度时，循环寿命普遍超过500次，最高可达1200次以上。(乃可快速充电。使用4．2V专用恒压充电器2小时可以充电100％。(8)自放电率低。据报道，索尼公司生产的D型摇椅电池6个月后仅损失起始容量的30％，而同型号的镉镍电池则要损失掉起始容量的60％，而且实验表明开路搁置时损失的能量再充电时还可以再恢复，其性能与新装配的电池一样。(9)易于储存。新装配的锂离子电池的开路电压介于0．1加．2V之间，使用时

7、先充电，不使用时可以开路搁置。锂离子电池的众多优点，尤其是开路电压高、没有记忆效应、循环寿命长、能量密度高等特点，这吸引了许多公司竞相组织人力和物力开展二次锂离子电池的研发及生产。为适应电子产品微型化发展以及高功率、高能量的应用要求，各国政府和组织投巨资继续支持二次锂离子电池的研究开发工作。2青岛科技大学研究生学位论文1．3锂离子电池的基本原理锂离子电池的正负极均采用能够可逆地嵌入和脱出大量锂离子的化合物。正极材料一般为钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等晶体结构的锂化合物。负极