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1.本论文第一部分总结了目前国内外锂离子电池常用碳负极材料的研究现状后发现,石墨材料在某些溶剂中易发生溶剂化离子的共嵌入,进而导致石墨层的塌陷;焦炭放电电压高,比容量低;碳纤维成本太高;中间相碳微珠不仅成本高,而且三维涡轮结构会产生较大的内阻,不利于大电流充放电;热解炭在充放电过程存在电压滞后现象,且循环性能差。基于此,本文根据锂离子电池碳负极嵌入/脱嵌机理首次提出了在高锂离子嵌入量的石墨基材料表面包覆一层具有准SEI膜性质的高分子碳化膜来进行表面修饰,从而阻止溶剂化锂离子的共嵌入,进而改善石墨本体锂离子嵌入与脱嵌特性的新构思。
2.本文第二部分对所选原始活性石墨碳材料的类型与颗粒度、粘合剂用量、导电剂用量等各种影响碳负极性能的相关因素进行了研究,找到了最佳组分与配比的关系,发现合适的组分和配比应是含大约占总质量5%的粘合剂、2%左右的导电剂及粒径为37μm左右的颗粒度,按此种配比制得的碳负极不仅具有较高的充放电容量(306.1mAh/g),而且具有较好的循环特性。
3.根据微包覆特征,本文第三部分以优选的具有三维螺旋结构的酚醛树脂和糠醇树脂以及成本低廉的蔗糖作为包覆前驱体材料,以优选的活性石墨作为基质材料,对复合工艺进行了深入研究。通过与原始石墨和日本进口中间相碳微珠MCMB作对比研究,发现经过20次充放电循环后,原始石墨和MCMB的比容量分别降低了60.7mAh/g和37.6mAh/g;而用糠醇树脂、酚醛树脂和蔗糖包覆的复合碳材料的比容量则仅降低了6.3mAh/g,10.3mAh/g和21.7mAh/g。由此可以说明三种复合碳材料具有更高的比容量和长的循环寿命。并且借助SEM,XRD,计时电量法,阻抗谱法和FTIR光谱法对几种碳材料的微观性能作了进一步的研究,发现复合碳材料颗粒分布均匀,锂离子嵌入活性点增多,结构趋于稳定,锂离子在层间扩散和迁移速率增大,为深入探索优质廉价锂离子电池负极材料提供了重要科学意义与实用价值。目前利用该工艺进行的微包覆复合碳材料已在生产实际中取得应用,并且材料的综合性能指标已达到国外同类产品水平。