新型锂离子电池负极复合材料研发及技术指标的初探毕业论文

 2022-06-21 11:06

论文总字数:18603字

摘 要

随着时代的进步,锂离子电池的发展作为解决日益短缺的能源问题和日益严重的环境污染问题的一项重要举措,已经成为经济发展的重中之重。而负极材料作为锂离子电池的重要组成部分已经成为当下研究的热点。本文主要介绍了锂离子电池的发展历程和国内外研究现状,对锂离子电池负极材料主要是复合材料进行了综述,分类详述了复合材料的种类及其特点,描述了目前研究遇到的难题及对未来发展的展望。

关键词:锂离子电池 负极材料 复合材料

New lithium-ion battery anode composite index of Research and Technology

ABSTRACT

With the progress of the times, the development of lithium ion battery as the growing shortage of energy problems and solve the increasingly serious problem of environmental pollution is an important measure, has become the top priority of economic development. As the important part of the lithium-ion battery, the anode material has become the hot spot of the research.. Are introduced in this paper the lithium ion battery development history and research status at home and abroad, anode materials for lithium ion batteries is mainly composite materials are reviewed, classification details the types and characteristics of composite materials, describes the problems encountered in the current research and prospects for the future development.

Key words: Lithium ion battery;Cathode material;Compound material

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

第二章 锂离子电池概述 2

2.1锂离子电池的种类和性能 2

2.1.1根据电解质的种类 2

2.1.2根据电池的用途和容量大小 2

2.2锂离子电池的发展历程 3

2.2.1国外历程 3

2.2.2国内历程 3

第三章 锂离子电池正负极材料研究现状 5

3.1正极材料 5

3.1.1正极材料的种类 5

3.1.2正极材料的制备 7

3.1.3正极材料的研究展望 7

3.2 负极材料 8

3.2.1 嵌入型负极材料 8

3.2.2 合金化型负极材料 8

3.2.3 转化型负极材料 9

3.2.4 负极材料的研究展望 10

第四章 负极材料对锂离子电池的影响及目前的研究难题 11

4.1负极材料对锂离子电池安全性的影响 11

4.1.1 不同类型的材料对电池安全性的影响 11

4.1.2 负极材料的粒径对电池安全性能的影响 11

4.1.3 SEI膜对电池安全性能的影响 11

4.2负极材料对锂离子电池循环性能的影响 12

4.3负极复合材料的优越性 12

4.3.1石墨烯复合材料 12

4.3.2 碳纳米管复合材料 14

4.4研究难题 18

第五章 锂离子电池负极材料的发展展望 20

结语 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 引言

  锂离子电池是20 世纪70 年代以后发展起来的一种新型储能电池。由于具有高能量、长寿命、低消耗、无公害、无记忆效应以及自放电小、内阻小、性价比高、污染少等优点,锂离子电池在逐步应用中已显示出巨大的优势,广泛应用于移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机、电动汽车、储能、航天等各领域。

锂离子电池主要由电解液、隔膜、正负极材料构成,具有高比能量密度、高电压、长寿命、无记忆效应、自放电小等特性,是目前应用最广的便携电池。从锂电池的发展历史来看,电池材料体系的改进与革新是推动锂离子电池发展的核心因素之一。就负极材料而言,目前应用最广为石墨化碳材料,但存在理论容量低(372mAh/g)和安全性较差等问题。因此,研究新型高容量、高安全性负极材料体系及其制备方法,是锂电池负极材料研究的热点。

目前研究比较热门且较为廉价的负极材料体系有硅、锗、锡、锑及其氧化物,以及3d过渡金属氧化物材料。上述材料虽然储锂机理并不相同,但均面临如下共性技术问题:(1)嵌脱锂(即充放电)过程伴随负极材料体积剧烈变化,引起材料粉化、涂层(从集流体表面)剥落及固体电解质相界面膜的反复破裂与生成,材料的循环稳定性不高;(2)材料的Li 迁移率低,导电性不佳(尤其是氧化物及硅、锗等半导体材料),电化学反应慢,倍率性能差。

将负极材料尺寸减小到纳米尺度,可减小充放电循环中Li 迁移距离及材料的相对膨胀率,是一种有效提升锂离子电池性能的手段。但是,纳米化也会带来导电率低、表面副反应活性高、团聚倾向大等明显缺点。

本文对锂离子电池正极材料,负极材料作了简要概述,并综述了负极复合材料的研究现状,最后对锂离子电池负极材料的研究做出了展望。

第二章 锂离子电池概述

2.1锂离子电池的种类和性能

从20世纪90年代初锂离子电池投放市场以来,由于它具有能量密度高,电压高,循环寿命长等优点,发展很快,因此品种增加也很快。锂离子电池可以从

不同的角度来分类。

2.1.1根据电解质的种类可以分为

(1)液体锂离子电池

优点是:

1)锂离子电导率高,在较宽的温度范围内电导率在0.003~0.002/cm;

2)化学性能稳定,正极,负极,隔膜,集流体电解质溶液基本不发生化学反应;

3)制造电池的工艺比较简单,成本低。

缺点是:容易泄露,安全性能差,液体的有机溶解电解质容易引起着火和爆炸事故。

液体锂离子电池还可以根据电池的形状分为:圆柱形和方形电池。

(2)聚合物电池

聚合物电池进一步还可以分为:全固态电解质电池和凝胶型聚合物电解质电池。目前达到实用化并大量投产的是凝胶型聚合物电池。这种电池的特点是:

1)电解质呈凝胶状态,不漏安全性也好;

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