碳包覆改性天然石墨与硅碳复合负极材料的制备及性能研究
本论文针对天然石墨首次库仑效率低、循环性能差和倍率性能差等缺点，提出对球形天然石墨进行表面碳包覆以形成核-壳结构的改性方案;为突破石墨类材料理论比容量的限制，进行高容量密度硅基负极材料的开发。针对硅基负极材料循环稳定性差等缺点，提出以石墨烯作为“碳骨架”来改善材料电子导电性和缓解硅颗粒的嵌脱锂体积效应的解决方案。 采用沥青与球形天然石墨直接固相混合，再经碳化处理对球形天然石墨进行碳包覆。通过筛选沥青包覆碳源、优化碳化制度与碳包覆量对天然石墨进行表面改性。采用二段碳化制度（先室温升温至150℃保温1h，再升温至750℃保温2h）、碳包覆量为5％的复合材料C-5％的充放电性能最优。其首次充电比容量为361.8 mAh/g，首次库仑效率为90.2％，100次循环比容量保持率达到93.0％。并在碳化后经石墨化处理制备沥青基人造石墨/球形天然石墨复合材料。当沥青基人造石墨与球形天然石墨质量比为15％时，石墨化复合材料CG15的首次库仑效率和倍率性能均表现优异，其首次库仑效率为85.4％，在0.1C(1C=300 mA/g)、1C、5C和10C倍率下的可逆比容量分别约为343.7 mAh/g、286 mAh/g、230 mAh/g和193 mAh/g。 将鳞片石墨与纳米硅按照一定质量比例分散于氧化石墨烯分散液中，采用喷雾干燥-热处理的方法制备鳞片石墨/纳米硅/石墨烯复合负极材料，研究鳞片石墨、纳米硅和石墨烯三相复合比例对复合材料性能的影响。鳞片石墨、纳米硅和石墨烯三相复合优化比例为:鳞片石墨与纳米硅的质量比为9∶1，石墨烯的复合量为5.3％。该条件下的复合材料在50 mA/g的电流密度下首次充电比容量为575.1 mAh/g，首次库仑效率为74.5％，50次循环比容量保持率为73.1％。复合材料在电流密度200 mA/g、500 mA/g和1000mA/g下的可逆比容量分别为540mAh/g、480 mAh/g和400 mAh/g，显示出良好的倍率性能。
天然石墨;碳包覆改性;硅碳复合负极材料;石墨烯;电子导电性;倍率性能
中南大学
硕士
冶金工程
郭华军
2013
中文
TM912.9;TM242
82
2014-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）