微波法制备草酸锌石墨烯锂离子电池负极材料及其电化学性能研究【字数：9472】
摘 要如今各个国家都把新能源的研究作为重点，中国也不例外。其中锂离子电池以其可以循环使用，并且在使用的过程中不会产生对环境有害的物质而成为研究的热点。并且锂离子电池可以用于智能手机，以及新能源汽车，有非常好的发展前景。本文研究的锂离子电池的负极材料是复合负极材料，不同于负极材料发展初期的金属单质材料或者是合金材料。复合材料可以同时弥补碳类材料的振实密度较低和金属材料的不稳定，本文制作的是草酸锌与石墨烯的复合材料。其中负极材料的草酸锌采用微波水热法，在200摄氏度的环境下制成。草酸锌分别用氯化锌和硫酸锌用微波水热的方法制成。本文采用X射线衍射分析与扫描电子显微镜的方法进行材料的表征，通过这些表征方法可以观察到材料的表面形貌，以及制得材料的晶体结构。最后测试锂离子电池的电化学性能，并通过恒流充放电曲线以及循环效率曲线显示锂离子电池的电化学性能。
目录
第一章 绪论 1
1.1前言 1
1.2锂离子电池概述 2
1.2.1锂离子电池工作原理 2
1.2.2锂离子电池的类型和组成 3
1.2.3锂离子电池正极材料 3
1.2.4锂离子电池应用电解液 4
1.2.5锂离子电池隔膜 4
1.3复合负极材料的发展 4
1.3.1负极材料介绍 4
1.3.2复合负极材料 5
1.4本文研究内容和意义 6
第二章 实验部分 7
2.1仪器与试剂 7
2.2负极材料的制备 8
2.3材料的表征方法 9
2.4材料的电化学性能测试 9
第三章 结果与讨论 11
3.1 材料特性 11
3.1.1材料表面形貌 11
3.1.2 XRD谱图分析 12
3.2锂离子电池电化学性能 13
3.2.1电池的充放电测试 13
3.2.2电池的循环性能测试 14
结语 16
参考文献 17
致谢 19
攻读学士学位期间发表的论文 20
绪论
1.1前言
能源 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
在现代是世界各个国家经济、社会和科技持续发展的关键。目前，中国的国内生产总值即GPS正处在稳定增长的阶段，经济与社会的发展对能源的需求极大，因此我国需要大量能源来维持目前发展速度。现在中国使用较多的能源是煤炭、石油、天然气。然而，中国的石油储量只占世界的2%，煤炭储量为世界的12%。基于此中国已经成为世界最大的能源进口国，今年四月，中国原油进口增长14.7%，天然气增长34.2%。雪上加霜的是，传统的能源如石油、天然气在全球范围内的储量正在不断减少，目前的石油储量仅能开采40~60年。而且传统能源如石油在燃烧会产生CO2、SO2、CO、NOx等污染环境和增加温室效应的物质，不利于国家绿色可持续发展。在这种情况下，发展新能源来代替传统能源成为中国研究重点，对此我国在政策上也做出相应的支持，说明国家对此的重视。
近几年来，人们对移动电子设备和新能源汽车的需求日益增长，尤其是智能手机已经成为全球重要经济支柱，苹果手机基于此成为世界最有价值的公司。而且国家发布了《节能与发展新能源汽车产业发展规划》的计划书，说明国家对此的重视。在这种情况下锂离子电池的研究与应用引起研究者的目光。
锂离子电池与传统能源型比较有许多优点。锂离子电池可以通过循环充放电重复使用，这大大节约了资源。并且锂离子电池在使用的过程中不会产生对环境造成污染的杂质如二氧化硫与二氧化碳，符合中国绿色可持续发展理念。锂离子电池的发展符合现在的潮流，它可用于规模化储能以及目前占据市场重要份额的电动交通工具和移动电子设备。此外锂离子电池具有充放电稳定、表面积大、高能量比等特性，具有良好的发展前景。其中碳基材料锂离子电池在导电性方面有其独特的优势，尤其是最近兴起的石墨烯材料，导电性良好，重量轻且具有一定的韧性，但是碳基复合材料比容量低，因此由石墨烯材料与过渡金属化合物组成的锂离子电池负极材料为本文的研究要点。
1.2锂离子电池概述
1.2.1锂离子电池工作原理
锂离子电池的本质是锂离子浓差电池，即根据锂离子在正负极之间嵌入与脱嵌形成的正负极贫锂或者富锂的情况进行发电。锂离子电池是二次电池，其原理是当化学反应转化为电能之后，然后在充放电过程中用电能恢复化学性能，然后再利用化学反应转化成电能进行发电，这个过程来回循环，这也就是锂离子电池可以循环往复使用的原因。
锂离子电池的发展主要经过三代。第一代的锂离子电池负极是单质锂，因为单质锂的能量密度很高，但是负极为单质锂，容易产生锂枝晶，所以充放电效率低，使用寿命也低。第二代是阿曼达于1972年制出，正负极材料用嵌锂化合物代替金属单质，充放电过程是锂离子从正极脱嵌进入负极，再从负极脱嵌进入正极，这个过程循环往复，锂离子像是摇椅在正负极之间来回摇摆，因此被称为摇椅式电池，但是此种锂离子电池嵌锂容量低，并且很难大规模发展。第三代是SONY1989正负极材料、电解质材料组合，工艺简单成熟，至此锂离子电池得到迅速发展。
锂离子电池的充放电工作原理如图1所示，锂离子电池的充放电过程为锂离子从正极脱嵌，经过电解液和隔膜嵌入负极石墨的层间晶格，此时正极贫锂，负极富锂，为了保持电荷平衡，相同数量的电荷经过外电路来回循环。锂离子电池就是通过这种氧化还原反应进行循环充放电过程。
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图1 锂离子电池工作原理示意图
锂离子电池的化学表达式为：（—）Cn丨LiPF6EC+DMC丨LiMxOy（+）
其电池反应为：LiMxOy+nC
充电
放电
Li1xMxOy+LixCn
1.2.2锂离子电池的类型和组成
锂离子电池的形态分为多种，有较多类型。有圆柱形锂离子电池，是封闭的圆柱形，在近似的尺寸下可以获得较强的弯曲强度，并且单体一致性好，成本低。纽扣型锂离子电池使用较为广泛，外形像纽扣比较轻便，稳定好，经常用于精密的仪器。除此之外还有方型、平板型。
目录
第一章 绪论 1
1.1前言 1
1.2锂离子电池概述 2
1.2.1锂离子电池工作原理 2
1.2.2锂离子电池的类型和组成 3
1.2.3锂离子电池正极材料 3
1.2.4锂离子电池应用电解液 4
1.2.5锂离子电池隔膜 4
1.3复合负极材料的发展 4
1.3.1负极材料介绍 4
1.3.2复合负极材料 5
1.4本文研究内容和意义 6
第二章 实验部分 7
2.1仪器与试剂 7
2.2负极材料的制备 8
2.3材料的表征方法 9
2.4材料的电化学性能测试 9
第三章 结果与讨论 11
3.1 材料特性 11
3.1.1材料表面形貌 11
3.1.2 XRD谱图分析 12
3.2锂离子电池电化学性能 13
3.2.1电池的充放电测试 13
3.2.2电池的循环性能测试 14
结语 16
参考文献 17
致谢 19
攻读学士学位期间发表的论文 20
绪论
1.1前言
能源 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
在现代是世界各个国家经济、社会和科技持续发展的关键。目前，中国的国内生产总值即GPS正处在稳定增长的阶段，经济与社会的发展对能源的需求极大，因此我国需要大量能源来维持目前发展速度。现在中国使用较多的能源是煤炭、石油、天然气。然而，中国的石油储量只占世界的2%，煤炭储量为世界的12%。基于此中国已经成为世界最大的能源进口国，今年四月，中国原油进口增长14.7%，天然气增长34.2%。雪上加霜的是，传统的能源如石油、天然气在全球范围内的储量正在不断减少，目前的石油储量仅能开采40~60年。而且传统能源如石油在燃烧会产生CO2、SO2、CO、NOx等污染环境和增加温室效应的物质，不利于国家绿色可持续发展。在这种情况下，发展新能源来代替传统能源成为中国研究重点，对此我国在政策上也做出相应的支持，说明国家对此的重视。
近几年来，人们对移动电子设备和新能源汽车的需求日益增长，尤其是智能手机已经成为全球重要经济支柱，苹果手机基于此成为世界最有价值的公司。而且国家发布了《节能与发展新能源汽车产业发展规划》的计划书，说明国家对此的重视。在这种情况下锂离子电池的研究与应用引起研究者的目光。
锂离子电池与传统能源型比较有许多优点。锂离子电池可以通过循环充放电重复使用，这大大节约了资源。并且锂离子电池在使用的过程中不会产生对环境造成污染的杂质如二氧化硫与二氧化碳，符合中国绿色可持续发展理念。锂离子电池的发展符合现在的潮流，它可用于规模化储能以及目前占据市场重要份额的电动交通工具和移动电子设备。此外锂离子电池具有充放电稳定、表面积大、高能量比等特性，具有良好的发展前景。其中碳基材料锂离子电池在导电性方面有其独特的优势，尤其是最近兴起的石墨烯材料，导电性良好，重量轻且具有一定的韧性，但是碳基复合材料比容量低，因此由石墨烯材料与过渡金属化合物组成的锂离子电池负极材料为本文的研究要点。
1.2锂离子电池概述
1.2.1锂离子电池工作原理
锂离子电池的本质是锂离子浓差电池，即根据锂离子在正负极之间嵌入与脱嵌形成的正负极贫锂或者富锂的情况进行发电。锂离子电池是二次电池，其原理是当化学反应转化为电能之后，然后在充放电过程中用电能恢复化学性能，然后再利用化学反应转化成电能进行发电，这个过程来回循环，这也就是锂离子电池可以循环往复使用的原因。
锂离子电池的发展主要经过三代。第一代的锂离子电池负极是单质锂，因为单质锂的能量密度很高，但是负极为单质锂，容易产生锂枝晶，所以充放电效率低，使用寿命也低。第二代是阿曼达于1972年制出，正负极材料用嵌锂化合物代替金属单质，充放电过程是锂离子从正极脱嵌进入负极，再从负极脱嵌进入正极，这个过程循环往复，锂离子像是摇椅在正负极之间来回摇摆，因此被称为摇椅式电池，但是此种锂离子电池嵌锂容量低，并且很难大规模发展。第三代是SONY1989正负极材料、电解质材料组合，工艺简单成熟，至此锂离子电池得到迅速发展。
锂离子电池的充放电工作原理如图1所示，锂离子电池的充放电过程为锂离子从正极脱嵌，经过电解液和隔膜嵌入负极石墨的层间晶格，此时正极贫锂，负极富锂，为了保持电荷平衡，相同数量的电荷经过外电路来回循环。锂离子电池就是通过这种氧化还原反应进行循环充放电过程。
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图1 锂离子电池工作原理示意图
锂离子电池的化学表达式为：（—）Cn丨LiPF6EC+DMC丨LiMxOy（+）
其电池反应为：LiMxOy+nC
充电
放电
Li1xMxOy+LixCn
1.2.2锂离子电池的类型和组成
锂离子电池的形态分为多种，有较多类型。有圆柱形锂离子电池，是封闭的圆柱形，在近似的尺寸下可以获得较强的弯曲强度，并且单体一致性好，成本低。纽扣型锂离子电池使用较为广泛，外形像纽扣比较轻便，稳定好，经常用于精密的仪器。除此之外还有方型、平板型。
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