改性球形天然石墨锂离子电池负极材料的研究_王国平
浅谈锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
112AUTO TIMENEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车现代化社会，各种人工智能技术、大数据平台或者是电力能源的全面发展，都在不断的提高各行业内部运行设备所需要的电能，而对于目前使用广泛的电力能源储存设备锂离子电池，怎样在保障自身效益扩大的同时，满足不同消费群体的需求，还需要作出全面改革，例如：如何扩充储锂容量、提高倍率性能及循环稳定性等，而对锂离子电池关键构件进行分析，起到核心作用的就是石墨负极材料。
对此，石墨负极材料的性能，对锂离子电池后期发展和使用效益有着决定性作用。
再加上石墨导电效率优良，还具备良好的锂离子嵌入、脱出性能，多种优势条件也最终使得石墨变成锂离子电池体系当中使用率为最高、商业化程度为最广泛的负极材料。
但是由于受石墨微观结构客观因素影响，造成石墨理论储锂容量只能达到372mA.h/g，从而出现了电解液兼容性较差、体积膨胀率过高等问题，最终严重影响到了电极能量的密度以及循环稳定性。
对此，意识到问题的严重性，若是要想让实现石墨负极材料性能综合性提升，目前已有诸多国内外重量级研究人员投入到对石墨负极材料改性研究工作当中，也做到了多角度、多层面的研究分析，同时也取得了一定的成果。
1 锂离子电池的电化学机理及石墨嵌锂机制作为一种正常锂离子浓差电池，锂离子电池可分为正极、负极、隔膜、电解液等。
设置石墨负极、LiCoO 2正极，然后综合以上因素，研究锂离子电池的工作机制，可以看出，在对其进行充电期间，清晰看到锂离子在正极LiCoO 2晶格中顺利脱出，而后锂离子循序渐进扩散到电解液中，并在最后穿过隔膜而进入到石墨负极层。
整个过程中，为充分保障电荷之间平衡度，会有同等数量的电子在正极中释放出来，并从外电流路流到石墨负极中，此时会构建出一个回路整体[1]。
而在放电过程中，负极石墨层间的锂离子又开始慢慢脱出，再经电解液，最后返回并嵌入到LiCoO 2晶格中，此时电子会经外电流路传输到正极，这样就可以实现以此充电、放电循环。
《2024年基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》范文
《基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》篇一一、引言随着科技的发展和社会的进步，能源问题已成为全球共同关注的焦点。
锂离子电池因其高能量密度、长寿命和环保等优点，被广泛应用于电动汽车、电子设备等领域。
然而，传统锂离子电池的负极材料存在着一些不足，如容量低、循环性能差等。
因此，开发新型高性能的锂离子电池负极材料具有重要意义。
近年来，基于石墨烯的锂离子电池负极材料因其独特的结构和性能受到了广泛关注。
本文将重点研究基于石墨烯的锂离子电池负极材料，分析其制备方法、性能及改进方向。
二、石墨烯的基本性质与结构石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料，具有优异的导电性、导热性、机械强度和较大的比表面积。
这些特性使得石墨烯在锂离子电池负极材料中具有巨大的应用潜力。
石墨烯的片层结构可以为锂离子提供更多的嵌入位点，从而提高电池的容量。
此外，石墨烯的优异导电性有助于提高电池的充放电速率。
三、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的制备方法1. 化学气相沉积法：通过在高温下使碳源气体分解，并在基底上沉积石墨烯。
该方法可以制备出高质量的石墨烯薄膜，但成本较高，生产效率较低。
2. 液相剥离法：利用溶剂剥离石墨得到单层或多层石墨烯。
该方法工艺简单，成本低，但产物中杂质较多，影响电池性能。
3. 化学氧化还原法：通过化学氧化天然石墨得到氧化石墨，再通过还原得到石墨烯。
该方法工艺成熟，可实现大规模生产。
四、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的性能研究基于石墨烯的锂离子电池负极材料具有较高的理论容量和良好的循环性能。
在充放电过程中，锂离子可以在石墨烯片层间嵌入和脱出，从而实现能量的存储和释放。
此外，石墨烯的优异导电性有助于提高电池的充放电速率，降低内阻。
然而，在实际应用中，还需解决石墨烯材料的一些问题，如容量衰减、循环稳定性等。
五、性能改进措施及研究进展针对基于石墨烯的锂离子电池负极材料存在的问题，研究者们提出了多种改进措施。
1. 纳米结构化：通过制备具有特殊纳米结构的石墨烯材料，如三维网络结构、多孔结构等，提高材料的比表面积和嵌锂能力，从而提高电池性能。
石墨烯包覆天然球形石墨作为锂离子电池的负极材料，是否需要乙炔黑导电剂？（英文）
物 理 化 学 学 报Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38 (2), 2012062 (1 of 9)Received: December 22, 2020; Revised: February 1, 2021; Accepted: February 3, 2021; Published online: February 22, 2021. *Corresponding author. Email: songhh@. †These authors contributed equally to this work.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (U1610252, 51911530126). 国家自然科学基金(U1610252, 51911530126)资助项目© Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica[Article] doi: 10.3866/PKU.WHXB202012062 Is there a Demand of Conducting Agent of Acetylene Black for Graphene- Wrapped Natural Spherical Graphite as Anode Material for Lithium-Ion Batteries?Xuewei Liu 1,2,†, Ying Niu 2,†, Ruixiong Cao 1,2, Xiaohong Chen 1,2, Hongyan Shang 3, Huaihe Song 1,2,*1 Changzhou Institute of Advanced Materials, Beijing University of Chemical Technology, Changzhou 213164,Jiangsu Province, China.2 State Key Laboratory of Chemical Resource Engineering, Beijing Key Laboratory of Electrochemical Process and Technology forMaterials, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China.3 College of Science, China University of Petroleum, Qingdao 266580, Shandong Province, China.Abstract: Graphene-wrapped natural spherical graphite (G/SG) composites were prepared using the encapsulation–carbonization approach. The morphology and structure of the composites were characterized by scanning electron microscopy and X-ray diffraction analysis. The electrochemical performance of the composites with different graphene contents as anode materials for lithium-ion batteries was investigated by various electrochemical techniques. In the absence of acetylene black (AB), the G/SG composites were found to exhibit high specific capacity with high first-cycle coulombic efficiency, good cycling stability, and high rate performance. Compared with the natural spherical graphite (SG) electrode, the G/SG composite electrode with 1% graphene exhibited higher reversiblecapacity after 50 cycles; this capacity performance was equal to that of the SG + 10%AB electrode. Moreover, when the addition of 2.5% graphene, the composite electrode exhibited higher initial charge capacity and reversible capacity during 50 cycles than the SG+10%AB electrode. The significant improvement of the electrochemical performance of the G/SG composite electrodes could be attributed to graphene wrapping. The graphene shell enhances the structural integrity of the natural SG particles during the lithiation and delithiation processes, further improving the cycling stability of the composites. Moreover, the bridging of adjacent SG particles allows the formation of a highly conductive network for electron transfer among SG particles. Graphene in the composites serves as not only an active material but also a conductive agent and promotes the improvement of electrochemical performance. When 5%AB was added, the reversible capacity of the 5%G/SG electrodes significantly increased from 381.1 to 404.5 mAh·g −1 after 50 cycles at a rate of 50 mA·g −1 and from 82.5 to 101.9 mAh·g −1 at 1 A·g −1, suggesting that AB addition improves the performance of the G/SG composite electrodes. AB particles connect to G/SG particles through point contact type and fill the gaps between G/SG. A more effective conductive network is synergistically formed via graphene-AB connection. Although graphene wrapping and AB addition improve the performance of natural graphite electrodes, such as through increase in electrical conductivity and enhancement of Li-storage performance, including improvement of reversible capacity, rate performance, and cycling stability, electrode density typically decreases with graphene or AB addition, which should consider the balance between the gravimetric and volumetric capacities of graphite anode materials in practical applications. These results have great significance for expanding the commercial application scope of natural graphite. Our work provides new understanding and insight into the electrochemical behavior of natural SG electrodes in lithium-ion batteries and is helpful for the fabrication of high-performance anode materials.. All Rights Reserved.Key Words:Graphene; Graphene-wrapped; Natural spherical graphite; Lithium-ion battery; Anode material;Conductive agent; Acetylene black石墨烯包覆天然球形石墨作为锂离子电池的负极材料，是否需要乙炔黑导电剂？刘学伟1,2,†，牛莹2,†，曹瑞雄1,2，陈晓红1,2，商红岩3，宋怀河1,2,*1北京化工大学，常州先进材料研究院，江苏 常州 2131642北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室，材料电化学过程与技术北京市重点实验室，北京 1000293中国石油大学理学院，山东 青岛 266580摘要：我们通过包覆炭化的方法制备得到了石墨烯包覆的天然球形石墨(G/SG)材料，并使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及多种电化学测试手段考察了不同石墨烯含量的复合材料的形貌结构及电化学性能。
锂离子电池负极材料石墨的改性分析课件
石墨的改性需求和重要性
01
为了提高石墨的电化学性能和锂离子电池的整体性能，需要对 石墨进行改性处理。
02
பைடு நூலகம்
改性处理可以改善石墨的层间结构和稳定性，提高其可逆容量
和循环寿命。
改性处理还可以改善石墨的体积效应和安全性问题，提高锂离
03
子电池的能量密度和安全性。
02
石墨改性技术
表面涂层技术
表面涂层技术是指在石墨表面涂覆一层具有保护、增强和改性作用的涂层，以提 高石墨的电化学性能和稳定性。
烯片层堆叠而成。
石墨具有高导电性和高导热性， 以及良好的化学稳定性和耐腐蚀
性。
石墨的层间相互作用力较弱，容 易发生层间滑移。
石墨在锂离子电池中的应用
石墨作为锂离子电池 负极材料具有良好的 电化学性能和稳定性 。
石墨在锂离子电池中 具有良好的充放电性 能和循环寿命。
石墨具有较高的理论 容量和较低的嵌锂电 位，能够提供较高的 能量密度。
锂离子电池负极材料石墨的改性 分析课件
contents
目录
• 石墨材料概述 • 石墨改性技术 • 石墨改性的实验方法和结果分析 • 石墨改性在锂离子电池性能上的影响 • 石墨改性的未来研究方向和挑战 • 参考文献
01
石墨材料概述
石墨的物理和化学性质
石墨是一种层状结构的碳材料， 其晶体结构由二维蜂窝状的石墨
实验结果分析
石墨与硅基材料混合后，容量 和循环性能得到显著提升
高温处理后，石墨的层间距增 大，有利于锂离子的嵌入和脱
电化学测试结果表明，改性后 的石墨具有更高的比容量和更 稳定的循环性能
结果比较和讨论
与未改性的石墨相比，改性后的 石墨具有更高的能量密度和更长
锂离子电池用石墨负极材料改性研究进展
锂离子电池用石墨负极材料改性研究进展一、概述锂离子电池作为当代能源存储技术的代表，其性能优化和成本降低一直是科研和产业界关注的焦点。
负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能直接决定了电池的整体性能。
石墨材料以其稳定性高、导电性好、来源广等优点，成为目前较为理想的锂电池负极材料。
天然石墨负极在比容量及倍率性能上仍存在不足，难以满足高性能负极材料的需求。
对石墨负极材料进行改性研究，以提高其性能，具有重要的理论和实际意义。
研究者们针对石墨负极材料的改性进行了大量研究，探索了多种改性方法。
这些方法主要包括球形化处理、表面处理、掺杂改性等，旨在改善石墨负极材料的结构、形貌和电化学性能。
球形化处理可以优化石墨的形貌，使其更接近各向同性，从而提高比容量；表面处理则通过改变石墨表面的化学性质，提高首次充放电效率；掺杂改性则通过引入其他元素或化合物，提高石墨的导电性和稳定性。
单一的改性方法往往难以达到理想的改性效果，研究者们开始探索多种方法协同改性的可能性。
通过多种方法协同改性，可以综合提高石墨负极材料的性能，使其在比容量、倍率性能、循环稳定性等方面都有显著提升。
随着科技的不断发展，新型的改性方法和技术也不断涌现。
近年来兴起的纳米技术、复合材料技术等，为石墨负极材料的改性提供了新的思路和方法。
这些新技术和新方法的应用，有望为锂离子电池用石墨负极材料的改性研究带来新的突破。
锂离子电池用石墨负极材料的改性研究是一个持续且深入的领域。
通过对石墨负极材料进行改性，可以有效提高其性能，推动锂离子电池技术的发展和应用。
随着研究的深入和新技术的不断涌现，石墨负极材料的性能将得到进一步提升，为锂离子电池的发展和应用提供更加坚实的基础。
1. 锂离子电池的重要性及应用领域锂离子电池，作为当代最重要的能源储存设备之一，其重要性在科技发展和日常生活中日益凸显。
它凭借高能量密度、长寿命、无记忆效应以及快速充电能力等诸多优点，已经成为新能源汽车、消费电子产品、能源存储系统以及航天航空等众多领域不可或缺的核心部件。
锂离子蓄电池用天然石墨负极材料
Ｓｏｎｙ 公 司 商 品 化 １８６５ 型 锂 离 子 蓄 电 池 初 期 ， 电 池 容 量 仅 为 １ ２００ ｍＡｈ， 发 展 到 现 在 的 ２ ２００ ｍＡｈ， 单 位 体 积 比 能 量 大 约 以 每 年 １０％的 幅 度 增 加 ， 使 用 的 正 极 材 料 的 组 成 和 容 量 几乎没有太大变化， 主要贡献来自负极碳材料， 从商品化初期 的 ３００ Ａｈ／Ｌ， 发 展 到 ５００ Ａｈ／Ｌ。现 有 体 系（负 极 为 碳 材 料 ， 正 极 为 ＬｉＣｏＯ２）电 池 体 积 比 能 量 已 接 近 其 极 限 值 ５００ Ｗｈ／Ｌ（ 电 池 内部几乎没有多余空间， 电极密度和隔膜厚度已达极限）， 因 此要实现电池高比能量化， 必须研究开发高容量的正负极材 料 。现 在 商 品 化 锂 离 子 蓄 电 池 广 泛 使 用 的 负 极 材 料 是 碳 材 料 ， 概括起来碳负极材料的发展主要经历了三代： 第一代中间相 碳 微 球 （ＭＣＭＢ） 和 微 碳 纤 维 （ＭＣＦ）， 其 可 逆 比 容 量 约 为 ３１０ ｍＡｈ／ｇ， 不 可 逆 比 容 量 大 约 ２０ ｍＡｈ／ｇ， 这 类 材 料 的 电 极 制 备 工 艺简单， 电极倍率放电特性好， 但价格比较高。第二代是低表 面 积 的 人 造 石 墨 ， 可 逆 比 容 量 约 为 ３３０ ｍＡｈ／ｇ， 不 可 逆 比 容 量 ３０ ｍＡｈ／ｇ 左 右 ， 价 格 较 便 宜 ， 目 前 是 碳 负 极 材 料 的 主 导 产 品 。 从材料的低成本和高容量的发展要求看， 高堆积密度的天然 石墨是今后的发展趋势， 该第三代负极材料的可逆比容量可
１．２ 电化学性能的测试
取 ５ ｇ 碳包覆后的天然石墨样品， 按活性物质与粘接剂 质 量 比 为 ９５∶５ 的 比 例 加 入 所 需 量 的 （ＰＶＤＦ） 溶 液 ， 混 合 均 匀 ， 加 适 量 Ｎ－ 甲 基 吡 咯 烷 酮 （ＮＭＰ）调 至 合 适 流 动 性 ， 使 用 自 动 涂 膜 机 涂 于 铜 箔 上 ， 待 溶 剂 挥 发 后 ， 放 在 真 空 干 燥 箱 内 １２０ ℃热 处 理 ２ ｈ， 取 出 ， 滚 压 。 然 后 用 皮 带 冲 制 成 直 径 １２ ｍｍ 电 极片， 准确称取其质量（并准确称取相同直径铜箔的质量）， 计 算 每 个 电 极 片 上 的 活 性 物 质 。 将 电 极 片 在 ８０ ℃下 真 空 干 燥 １２ ｈ， 该 电 极 即 是 制 备 电 池 所 需 的 工 作 电 极 片 。
《2024年基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》范文
《基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究》篇一一、引言随着现代电子设备与电动汽车的飞速发展，锂离子电池作为一种高效的能源储存装置，其性能和成本的优化成为了研究的热点。
尤其是锂离子电池的负极材料，对电池的性能和成本起着决定性的作用。
近年来，基于石墨烯的锂离子电池负极材料因其卓越的电化学性能和成本效益受到了广泛关注。
本文将就基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究进行详细的探讨。
二、石墨烯的性质及其在锂离子电池中的应用石墨烯是一种由单层碳原子以蜂窝状排列构成的二维材料，具有优异的导电性、高比表面积、出色的机械强度和良好的化学稳定性。
这些独特的性质使得石墨烯成为锂离子电池负极材料的理想选择。
在锂离子电池中，石墨烯可以作为负极材料，其层状结构可以有效地吸附锂离子，提高电池的容量和循环性能。
此外，石墨烯的高导电性也有助于提高电池的充放电速率。
三、基于石墨烯的锂离子电池负极材料的研究进展1. 合成方法：目前，制备石墨烯基锂离子电池负极材料的方法主要包括化学气相沉积、还原氧化石墨烯以及热解碳化等方法。
这些方法各有优缺点，如化学气相沉积法可以制备出高质量的石墨烯，但成本较高；而还原氧化石墨烯法则可以大规模生产，但需要进一步优化以提高材料的电化学性能。
2. 改性研究：为了提高石墨烯基负极材料的电化学性能，研究者们进行了大量的改性研究。
例如，通过引入杂原子（如氮、硫等）对石墨烯进行掺杂，可以提高其电子传导能力和锂离子的吸附能力。
此外，还可以通过制备石墨烯与其他材料的复合材料，如石墨烯与金属氧化物、硫化物等复合，以提高材料的稳定性和容量。
3. 性能评价：研究者们通过一系列实验和理论计算，对基于石墨烯的锂离子电池负极材料的电化学性能进行了评价。
结果表明，这种材料具有高比容量、长循环寿命和良好的充放电速率等优点。
此外，与传统的碳基负极材料相比，石墨烯基负极材料在充放电过程中表现出更小的体积膨胀和更稳定的结构。
四、挑战与展望尽管基于石墨烯的锂离子电池负极材料取得了显著的进展，但仍面临一些挑战。
锂离子电池负极材料的研究进展
锂离子电池负极材料的研究进展化学与生物工程学院化工08-1 3080313115 班继航摘要：锂离子电池的石墨负极材料已商品化，但还存在一些难以克服的弱点，所以寻找性能更为优良的非碳负极材料仍然是锂离子电池研究的重要课题。
本文综述了在锂离子电池中已实际使用的碳素类负极材料的特点和研究进展情况，并且介绍了正在探索中的锂离子电池非碳负极材料的研究现状。
关键词：锂离子电池负极材料非碳负极材料研究进展锂离子电池与其它二次电池相比具有电压高、比能量大、质量轻、环境友好等优点，目前已经广泛应用于便携式电子产品和电动工具等领域，并有望成为未来混合动力汽车和纯动力汽车的能源供给之一。
负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一，锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成的。
锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱／嵌锂离子的负极材料。
目前商业化石墨类碳负极材料虽然具有较好的循环性能，但由于存在较低的质量比容量（理论值为372 mAh/g ）和较差的高倍率充放电性能，尤其是体积比容量相当有限。
因此进一步提高其容量的空间很小，远不能满足未来高容量长寿命电子设备的需求。
近年来，金属及合金类材料是研究得较多的新型高效储锂负极材994 料体系，其中锡金属与锡合金具有高质量比容量（锡的理论值为mAh/g）和低成本的优势，特别是具有高体积比容量（锡的理论值为7200 mAh/cm3，是碳材料体积比容量的10倍，因此现已成为目前国际上研究的主流负极材料之一。
然而，传统的建立在实验基础之上的研究方法浪费了大量的人力、物力和财力，由于锡基候选电极材料的多样性，因此从理论上去寻求锡基嵌锂材料，探索一种合金理论设计方法，并用于指导实验和分析实验结果，以及模拟和预测锡基材料的各种电化学性能，对未来合金电极材料的研究发展具有重要的指导意义。
一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高；相对锂电极的电极电位低；充放电反应可逆性好；与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小（小于10m2/g），真密度高（大于2.0g/cm3）；嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好；资源丰富，价格低廉；在空气中稳定、无毒副作用。
磷酚醛树脂包覆球形天然石墨作为锂离子电池负极材料
东北师范大学硕士学位论文磷酚醛树脂包覆球形天然石墨作为锂离子电池负极材料姓名：王钊申请学位级别：硕士专业：材料物理与化学指导教师:潘秀梅20090501摘要球形天然石墨材料具有良好的导电性，结晶度高，成本低，理论嵌锂容量高，充放 电电位低且平坦，是目前作为锂离子电池负极材料重要部分。
但是，石墨也存在一些缺点，如与电解液相容性差，首次充放电可逆容量低，不适合大电流充放电，循环性能差。
针对石墨材料作为锂离子电池负极材料的这些缺点，本文对球形天然石墨表面进行 改性处理。
在球形天然石墨表面包覆一层酚醛树脂，在此基础上引入磷元素修饰酚醛树 脂包覆球形石墨。
我们得到如下结果：1.通过正交试验，优化包覆量和热处理温度，得出最佳的处理温度为9001，最佳 包覆量为15免。
1经过适量包覆处理后的石墨，其首次充电效率，充电容量都得到提高，循环性能有了明显改善。
原始球形天然石墨的首次充电可逆容量为278-/8，首次充放电效率 67.59^ 15^酚醛树脂包覆，9001碳化的复合材料可逆容量可达3400他4，首次充放电效率88.9^。
十次循环后，仍有高达331-/8的可逆容童，而石墨的可逆容量已降到17410^1/8。
丄在酚醛树脂包覆层中掺入磷元素，借助电池程控测试仪对材料电化学性能分析，发现改性后球形天然石墨材料的电化学性能得到明显改善。
可逆容量达到36211^^8，库 仑效率达到9匕掷。
关键词：球形天然石墨：酚醛树脂：改性；掺磷；包覆;&01^3111131 81)11611031 皮^如访，1800081(1016(1 10 1)6 00^ 0丨016 01081 如乂亡0131611318 1)6031180 1118 511|161401110 0&011 031七011 0311(11(13(68 1111611115。
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锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展
锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展一、内容描述通过调整石墨晶体的结构，可以有效地提高其作为锂离子电池负极材料的性能。
通过施加高压等静压处理，可以减小石墨颗粒之间的嵌合程度，从而提高其电化学性能。
利用化学气相沉积法（CVD）制备的石墨负极材料具有更加规整的表面形貌，有利于锂离子的嵌入和脱出。
表面修饰是一种有效的改性和优化石墨负极材料的方法。
通过物理或化学手段，在石墨表面引入特定的官能团或纳米结构，可以提高其在锂离子电池中的稳定性。
利用有机溶剂或水溶性聚合物对石墨进行包覆处理，可以有效防止石墨表面的锂枝晶生长，从而提高电池的安全性。
石墨负极材料的颗粒形貌对其电化学性能也有重要影响。
通过控制石墨的成核、生长和集料过程，可以制备出具有一定形状、粒度和分布的石墨负极材料。
特定形貌的石墨负极材料具有更高的比表面积和更低的锂离子扩散电阻，有利于提高电池的能量密度和功率密度。
石墨负极材料的组成对其性能也有一定的影响。
通过添加其他元素或化合物，可以改善石墨负极材料的结构稳定性和电化学性能。
在石墨中添加硅、锡等元素，可以增加石墨的理论嵌锂容量；添加硫、氮等元素，可以作为锂离子电池的电解质和吸附剂，提高电池的循环稳定性。
《锂离子电池石墨负极材料的改性研究进展》将围绕石墨负极材料的结构改良、表面修饰、形貌调控和组成优化等方面进行深入探讨，以期推动锂离子电池技术的不断发展和应用领域的拓展。
1. 锂离子电池的发展历程金属锂插层电池时代 (1970s1980s)：在该阶段，研究人员开始关注锂插层化合物，例如LiMn2O4等，作为新一代蓄电池的可行性。
这些早期的锂离子电池使用金属锂作为阳极，然而由于金属锂在充放电过程中会产生锂枝晶，导致电池循环性能较差，因此该方法并未实现大规模商业化应用。
锂离子动力电池的诞生 (1990s)：为解决金属锂插层电池存在的体积膨胀和锂枝晶问题，研究者们开始探索石墨类材料作为锂离子电池的负极。
天然石墨因其出色的循环稳定性、高比容量和低成本成为首选的负极材料。
改性球形石墨用于锂离子电池负极材料的研究的开题报告
改性球形石墨用于锂离子电池负极材料的研究的开题报告引言锂离子电池是一种广泛应用于电子产品和电动汽车等领域的电池技术。
锂离子电池的正负极材料是关键的组成部分。
传统的锂离子电池负极材料为石墨，然而，由于石墨的结构和性质限制，无法满足高功率和高能量密度的需求。
因此，研究和开发新型的负极材料对提高锂离子电池的性能具有重要意义。
改性球形石墨是一种新型的负极材料，具有优良的导电性、循环稳定性和机械性能。
通过表面改性可以进一步提高其电化学性能。
因此，本研究将探讨改性球形石墨用于锂离子电池负极材料的可能性和潜力。
研究内容本研究将采用球形石墨颗粒作为基本材料，通过表面改性的手段改善其电化学性能。
具体包括以下研究内容：1. 球形石墨材料的制备：采用溶剂挥发法或球磨法等方法制备球形石墨颗粒。
2. 表面改性方法：在球形石墨颗粒表面涂覆有机物或无机物，或通过淀粉糖化等化学反应改性。
3. 材料性能测试：通过循环伏安法、电化学阻抗谱、充放电测试等手段对球形石墨材料的电化学性能进行测试和分析。
4. 锂离子电池组装和测试：采用改性球形石墨和传统石墨作为负极材料，组装锂离子电池进行测试和比较。
预期成果通过本研究，我们预计可以获得以下成果：1. 成功制备出改性球形石墨颗粒，具有优良的导电性和循环稳定性。
2. 通过表面改性手段进一步提高改性球形石墨颗粒的电化学性能。
3. 对比改性球形石墨和传统石墨负极材料的性能，评估改性球形石墨的应用前景和潜力。
结论改性球形石墨作为一种新型的锂离子电池负极材料，具有很高的研究和应用价值。
本研究将探索改性球形石墨的制备、表面改性和电化学性能等方面，为其应用于锂离子电池领域提供理论和实践支持。
中空球形锰基锂离子电池负极材料的制备及其储锂性能研究的开题报告
中空球形锰基锂离子电池负极材料的制备及其储锂
性能研究的开题报告
1. 研究背景
随着电动汽车、智能手机等电子产品的普及以及可再生能源的发展，锂离子电池作为一种高能量密度、环保型的电池已经成为人们关注的热点。
其中，锂离子电池的负极材料是关键的组成部分，其性能以及电池
寿命等方面都会直接影响到电池的性能。
目前，锂离子电池的负极材料
主要是石墨，但随着电池容量的不断提升，石墨的储锂性能就已经无法
满足要求，因此研发新型负极材料势在必行。
锰基材料是一类重要的锂离子电池负极材料，其储锂性能优异，价
格相对较低，因此备受关注。
然而，锰基材料也存在一定的问题，如容
量衰减快、循环寿命低等。
因此，通过改进材料结构和制备工艺，提高
锰基材料的性能，具有重要的现实意义。
2. 研究目的
本文的研究目的是通过制备中空球形结构的锰基锂离子电池负极材料，提高其储锂性能和循环寿命，探究其制备工艺及性能。
3. 研究内容和方法
（1）材料制备：选取锰粉作为前驱体，采用溶胶-凝胶法制备锰基
材料；采用溶胶法制备聚乙烯醇（PVA）模板；通过溶胶浸渍法将锰基材料浸渍到PVA模板中，并进行煅烧，制备中空球形锰基负极材料。
（2）物理化学性质测试：采用XRD、SEM、TEM等方法对样品的晶体结构和形貌进行表征。
（3）电化学性能测试：采用电化学工作站进行电化学测试，包括循环伏安曲线、充放电性能和电容衰减等。
4. 预期成果和意义
预计通过制备中空球形结构的锰基锂离子电池负极材料，可提高其储锂性能和循环寿命。
本研究将为锂离子电池负极材料的研发提供新思路和方法，具有一定的理论意义和应用前景。
TiO2--B锂离子电池负极材料的制备及改性研究的开题报告
TiO2--B锂离子电池负极材料的制备及改性研究的开题报告一、选题背景及意义锂离子电池已经成为了可重复充放电的理想电源，广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。
在锂离子电池中，负极材料是影响电池性能和寿命的关键因素之一。
传统的负极材料如石墨等存在着多种问题，例如容量低、循环寿命短、安全性差等。
因此，研究新型负极材料是实现锂离子电池高能量、高性能的关键技术。
本课题拟研究的钛酸锂(TiO2)--B材料性能稳定、经济环保，是一种新型的锂离子电池负极材料，研究其制备和改性，探索其在锂离子电池中的应用，具有重要的现实意义和应用价值。
二、研究目标和内容本课题的研究目标是制备TiO2--B锂离子电池负极材料，并通过改性探索其在锂离子电池中的应用。
具体研究内容包括以下几点：1. TiO2--B材料制备及表征。
采用水热法、溶胶-凝胶法等方法制备TiO2--B材料，并进行表征，包括形貌、结构、纯度、比表面积等。
2. TiO2--B材料改性。
采用包覆、掺杂、复合等方法对TiO2--B材料进行改性，并研究改性对电化学性能的影响。
3. 电化学性能测试。
采用循环伏安法(CV)、恒流充放电(CCD)等手段测试TiO2--B和改性后材料的电化学性能，包括容量、循环寿命、电化学反应动力学等。
4. 机理研究。
通过表征和测试分析TiO2--B电极材料的电化学机理。
三、研究方法和方案1. TiO2--B材料制备。
采用水热法和溶胶-凝胶法两种方法制备TiO2--B材料，并对制得的材料进行表征。
2. TiO2--B材料改性。
采用包覆、掺杂、复合等方法对TiO2--B材料进行改性，并研究改性对电化学性能的影响。
3. 电化学性能测试。
采用CV、CCD等手段测试TiO2--B和改性后材料的电化学性能。
4. 机理研究。
通过表征和测试分析TiO2--B电极材料的电化学机理。
四、预期成果1. 成功制备TiO2--B锂离子电池负极材料，并对其进行表征。
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2005年第13卷合成化学Vol .13,2005 第3期,249～253Chinese Journal of Synthetic Che m istry No .3,249～253 ・研究论文・改性球形天然石墨锂离子电池负极材料的研究3王国平1,3,张伯兰1,瞿美臻1,岳 敏2,许晓落2,于作龙1,2(1.中国科学院成都有机化学研究所,四川成都 610041;2.深圳市贝特瑞电子材料有限公司,广东深圳 518036;3.中国科学院研究生院,北京 100039)摘要:将天然鳞片石墨制成球形石墨,在其表面包覆一层纳米非石墨化碳材料制成具有核2壳结构的改性球形石墨。
实验结果表明:此法显著提高了天然石墨的振实密度、可逆容量(达365mAh ・g -1),首次库仑效率(>93%)和循环稳定性(循环500次后,容量保持率>80%)。
分析并讨论了负极材料的结构及其与电化学性能的关系。
关 键 词:石墨;改性;负极材料;锂离子电池中图分类号:T M 912.9文献标识码:A文章编号:100521511(2005)0320249205Study of Surface 2modi fi ed Apher i cal Graphite forL ithi u m I on Batteri esWANG Guo 2p ing 1,3, ZHANG Bo 2lan 1, QU Mei 2zhen 1, Y UE M in 2, XU Xiao 2luo 2, Y U Zuo 2l ong1,2(1.Chengdu I nstitute of O rganic Che m istry,Chinese Acade my of Sciences,Chengdu 610041,China;2.BT R EnergyM aterials Co .L td,Shenzhen 518036,China;3.Graduate School of the Chinese Acade my of Sciences,Beijing 100039,China )Abstract:Surface modified s pherical graphite (MSG )with a core 2shell structure was obtained by coating s pherical graphite,which was p repared by m illing natural flake graphite,with a nano 2layer of non 2graphitic carbon .The as 2p repared graphite anode with a core 2shell structure shows high tap den 2sity and excellent electr oche m ical perf or mance,such as an initial capacity of 365mAh ・g-1cl ose t othe theoretical capacity of graphite,a high initial coul ombic efficiency of 93%and a perfect retenti on rati o of reversible capacity which is over 80%even after 500cycles .Moreover,we als o p resent how the structure of graphite anode affects its electr oche m ical perf or mance .Keywords:graphite;modificati on;anode meterial;lithiu m i on battery 锂离子二次电池作为一种新型高能二次电源,具有比能量大、放电电压平稳、电压高、低温性能好、对环境友好、安全性能优越、无记忆效应和循环寿命长等优点[1～4]。
它之所以能在20世纪80年代末90年代初得以问世,并实现商品化生产,是因为人们找到了碳材料来取代金属锂负极[5]。
碳材料能取代金属锂负极主要基于以下几点:(1)锂与石墨化的碳材料形成的插入化合物L i C 6的电位与金属锂的电位相差不到0.5V;(2)锂在石墨层状结构中的插入和脱插过程可逆;(3)碳材料便宜,无毒,放电状态时在空气中比较稳定,避免使用活泼的金属锂,其安全性大大3收稿日期:2005201218作者简介:王国平(1972-),男,汉族,湖南衡阳人,博士,主要从事电池材料的研究。
E 2mail:wgpharry@yahoo .com 通讯联系人:于作龙,研究员,E 2mail:yzuol ong@mail .sc .cninf o .net提高[6]。
目前的商品锂离子电池中,负极材料都使用碳材料。
根据其结构,碳材料一般可划分为三大类:即石墨、软碳和硬碳[7]。
同软碳和硬碳相比,石墨材料,特别是天然石墨材料在容量、首次库仑效率、放电曲线平台和成本等方面具有较为明显的优势。
因此,它是目前锂离子电池材料研发的重点之一。
然而,石墨材料的缺点也很明显。
一是石墨间距[d (002)≤0.34n m ]小于石墨插层化合物L i 2GI C 的晶面层间距(d =0.37n m ),致使在充放电过程中,石墨层间距改变,造成石墨墨片剥落、粉化,导致电循环性能不理想;二是与电解液的相容性较差。
三是其振实密度比较低。
为了克服石墨材料的上述不足,对石墨材料进行改性已成为近年来碳负极研究的热点[8～10],文献中报道的天然石墨在改性前未作其他处理,且比容量有些偏低。
本研究将天然鳞片石墨(NFG )制成球形石墨(SG ),在其表面覆盖一纳米层非石墨化碳材料制备了一具有核2壳结构的改性球形石墨(MSG )。
由于其外层包覆物不仅降低了材料的比表面,而且固定了石墨片,防止石墨的粉化剥落,使MSG 的电化学性能得到明显的改善。
MSG 拥有高达93%的首次库仑效率,首次可逆容量365mAh ・g -1,并且在循环500次后可逆容量保持率仍达80%。
1 实验部分1.1 仪器与试剂JE OL JS M 235型扫描电子显微镜(SE M );Renisha w Syste m 1000型显微拉曼光谱仪;美国TG A7和DT A 21700型热分析仪;Malvern 型激光粒度分布测试仪;R igaku D /max r A 型自动X 2射线衍射仪;AS AP2010型比表面测定仪(77.35K,样品0.2000g );上海正方电子电器有限公司的DC 25型全自动电池性能测试仪。
所用试剂均为市售化学纯。
1.2 MSG 的制备将NFG 在自制的研磨机内研磨12h,经分级和筛分制得所需粒径的SG 。
取0.5g 酚醛树脂溶于10mL 混合溶剂[V (THF )∶V (丙酮)=1∶1]中,加入SG 10g,搅拌均匀后加热蒸干溶剂,残余物在N 2气氛中于900℃～1200℃热处理2h 制得MSG 。
1.3 MSG 电极的制备和电化学性能测试MSG 5g,m (MSG )∶m (导电碳黑)∶m (3%LA132粘结剂)=94∶3∶3,将其在乙醇溶液中充分混合后均匀碾压在10μm 厚的铜箔上,形成厚度约为65μm 的碳膜,在真空干燥箱内于105℃干燥24h 后取出,用打孔器制备所需大小的电极片。
以电极片作工作电极,锂片作对电极,Cell 2gard 2400微孔聚丙烯膜做隔膜,含1mol ・L -1L iPF 6的溶液[V (EC )∶V (DMC )=1∶1]做电解液,在充满氩气的不锈钢手套箱中装配成模拟扣式电池。
进行恒电流充放电测试,充放电电压0V ～2.0V,充放电电流密度0.35mA ・c m -2。
2 结果与讨论2.1 MSG 的表征图1为NFG,SG 和MSG 的SE M 照片。
从图1可清楚地看到,石墨颗粒经研磨和筛分后大都为球形,而且在几何尺寸上也大体一致。
这说明通过研磨和筛分的方式可制得大小较为均匀的球形石墨材料。
从图1可见,SG 和MSG 的外观差别并不明显,但其拉曼光谱和TG 2T DA 曲线却存在明显的差别。
图1 石墨的SE M 照片F i gure 1 SE M i m ages of graphites—052— 合成化学 Vol .13,2005 图2为SG 和MSG 的拉曼光谱。
标准的拉曼光谱中D 峰(1360c m -1)和G 峰(1580c m -1)分别对应乱层非石墨化结构和石墨晶体结构。
从图2可以看到,SG 和MSG 的拉曼光谱都有明显的D 峰和G 峰,但峰的强度有所差别。
与SG 相比,MSG 的G 峰变宽变弱,而D 峰变宽变强,D 峰和G 峰的强度之比由0.125增加到0.286。
该结果表明,在MSG 中石墨结构的碳原子减少,非石墨化乱层结构的碳原子相对量增加。
由此可知,石墨表面确实被包覆了一层非石墨晶体碳。
ν/c m -1图2 SG 和MSG 的拉曼光谱图F i gure 2 Ra man s pectra of SG andMSG Te mperature /℃图3 SG 和MSG 的TG 2DT A 曲线F i gure 3 TG 2DT A curves of SG and M SG图3为SG 和MSG 的TG 2DT A 曲线。
由于表面包覆层的氧化分解温度低于纯石墨的氧化分解温度,所以图3中MSG 的TG 曲线向温度低的方向移动,与之对应的DT A 曲线在630℃出现了一个放热峰。
与SG 相比不难推断在MSG 中有两种不同的碳物相。
其中630℃出现的放热峰对应于表层乱层石墨相,而与800℃出现的放热峰对应的为石墨相。
根据两峰的峰面积之比可计算出包覆层在材料中的重量百分含量为6%。
包覆层的厚度(δ)可由SG 和MSG 的体积平均粒径(D )求得。
计算公式如下:δ=D M SG -D SG2=20497-197112=393nm图4为NFG,SG 和MSG 的XRD 谱图。
由图4可见,3种石墨的主要物相均为鳞片石墨,并存在两种晶体结构。
一种是墨片面按ABAB 方式有规则地堆积而形成的六方结构(2H ),另一种则是墨片面按ABCABC 方式堆积而形成的菱形结构(3R )。
在球磨、包覆及热处理的过程中,石墨的结构性质,如:晶间距[d (002)],两种晶体结构的相对含量等都要发生变化。
2θ/(°)图4 NFG,SG 和M SG 的XRD 谱图F i gure 4 XRD s pectra of NFG,SG and M SG表1 NFG,SG 和M SG 的比表面、振实密度及结构参数Table 1 Specific area,tap density and structure parameter of NFG,SG and MSGNFGSG MSG d (002)/n m 0.33540.33540.3363Lc (002)/n m76.876.876.8m (2H structure )/%80.073.782.0m (3R structure )/%20.026.318.0Specific area /m 2・g-18.64.21.3Tap density/g ・mL-10.761.021.26表1列出了NFG,SG 和MSG 的比表面、振实密度及其由XRD 谱图获得的结构参数。