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工学硕士学位论文


锂离子电池碳负极材料的研究

STUDY OF CARBON ANODE
MATERIALS FOR LI-ION BATTERY


谢朝香









2010 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开


工学硕士学位论文

锂离子电池碳负极材料的研究








硕士研究生: 谢朝香
导师: 高云智教授
申请学位级别: 工学硕士
学科、专业: 化学工程与技术
所在单位: 化工学院
答辩日期: 2010 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
U. D. C.:


Dissertation for the Master Degree in Engineering


STUDY OF CARBON ANODE
MATERIALS FOR LI-ION BATTERY







Candidate: Xie Chaoxiang
Supervisor: Prof. Gao Yunzhi
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Chemical Engineering and Technology
Affiliation: School of Chemical Engineering
and Technology
Date of Defence: June, 2010
Degree-Conferring-Institute: Harbin Institute of Technology
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要

本文以酚醛树脂、沥青和葡萄糖为材料,通过高温固相法制备热解碳,研
究了不同的工艺参数对热解碳性能的影响;针对硬碳的首次效率低等特点,采
用高温固相法制备硬碳/沥青复合材料,通过改变条件,优化工艺参数;针对石
墨和 MCMB 倍率性较差的特点,使用硬碳进行机械混合,制备石墨/硬碳和
MCMB/硬碳复合材料,通过改变不同的掺杂比例,以得到倍率性和首次效率均
较高的材料。
以酚醛树脂为材料,采用高温固相法制备酚醛树脂热解碳。研究发现,
900℃热解碳的首次效率最高,为 58%,700℃热解碳的可逆容量最高,为
180mAh/g。以沥青为材料,在不同温度下高温热解后发现,600℃热解碳的循环
容量最高,首次脱锂容量为 400mAh/g,首次效率为 63%,900℃热解碳的循环
稳定性最好。以葡萄糖为材料,采用水热法和高温固相法制备葡萄糖热解碳,
研究发现,高温固相法制备的热解碳的效果最好,可逆容量为 290mAh/g,首次
效率为 50%。
以硬碳和沥青为材料,在 900℃采用高温固相法制备硬碳/沥青复合材料,制
备得到的硬碳/沥青复合材料的首次效率比硬碳高,当硬碳与沥青比为 2:1 时,
此时的首次效率最高,达到 70%,比硬碳提高了 15%,可逆容量比硬碳提高了
20mAh/g。通过改变热解时间,发现恒温 1 小时循环性能最好。硬碳具有良好的
倍率性能,制备的硬碳/沥青复合材料保持了硬碳的倍率性能。
以石墨、MCMB 和硬碳为材料,采用机械混合法制备石墨/硬碳和 MCMB/
硬碳复合材料,研究硬碳的比例对石墨和 MCMB 的倍率性和首次效率的影响。
研究发现,硬碳的加入改善石墨和 MCMB 的倍率性能的同时降低了首次效率,
当石墨或 MCMB 与硬碳的比为 2:1 时,获得的石墨/硬碳和 MCMB/硬碳复合材
料均比原来的石墨和 MCMB 具有更好的倍率性,其中,石墨/硬碳首次效率为
71%,比石墨降低了 10%;MCMB/硬碳的首次效率为 78%,比 MCMB 低 2%。
由此可知,硬碳的加入均提高了石墨和 MCMB 的倍率性能。

关键词:锂离子电池;碳材料;硬碳;沥青;石墨;MCMB
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Pyrolysis carbon was made from phenolic resin, pitch and glucose by high
temperature solid state method in this thesis, a