动力电池论文的参考文献

【摘要】固体氧化物燃料电池是一种可以直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置，固体氧化物电解池是固体氧化物燃料电池的逆过程，能够高温电解水/二氧化碳制氢气/一氧化碳。可逆电池将二者的功能合二为一。本论文主要进行了可逆电池的氧电极的复合改性研究。采用LSM（()δ），LSCF（δ）和SSC（δ））氧电极材料。采用丝网印刷工艺制备的LSM和LSCF氧电极材料用于高温电解池和可逆电池，长期运行后，LSM与电解质YSZ（氧化钇稳定的氧化锆）发生剥离，YSZ与GDC（δ）阻挡层剥离，导致电池性能衰减。浸渍工艺制备纳米LSM-YSZ，LSCF-YSZ和SSC-YSZ氧电极用于可逆电池，提高了氧电极的性能和催化活性。可逆循环测试或长期稳定性测试后，纳米离子发生团聚导致电池性能衰减。对SSC氧电极的研究发现氧电极SSC与YSZ分层，以及长期电解后氢电极Ni的团聚也是导致电池性能衰减的主要原因之一。最后，将纳米LSCF-YSZ氧电极用于H2O/CO2共电解，研究了共电解的影响因素和反应过程。综上，通过本论文研究为开发高活性和高稳定的氧电极材料奠定了基础。【作者】范慧；【导师】韩敏芳；PrabhakarSingh；【作者基本信息】中国矿业大学（北京），应用化学，2014，博士【关键词】固体氧化物燃料电池；电解池；氧电极；稳定性；【参考文献】[1]刘嘉.一个小型搜索引擎的设计与实现[J].河南科技学院学报(自然科学版),2014,06:46-50.[2]石华.制造业股权结构与企业非效率投资的关系研究[D].天津财经大学,会计学,2012,硕士.[3]朱贝贝.基于遗传算法的网格任务调度研究[D].山东大学,计算机软件与理论,2012,硕士.[4]万宇.2000—2013年我国部分高校硕博学位论文中残疾人体育研究述评[J].体育学刊,2014,04:66-70.[5]陈宁静.ACh诱导的脐带血管收缩效应及其机制研究[D].苏州大学,胚胎生理与围产基础医学,2014,硕士.[6]布伦.复方鳖甲软肝方对自发性高血压大鼠左室重构影响的实验研究[D].第四军医大学,内科学,2004,硕士.[7]封磊.20世纪三四十年代边政研究的学术转型[D].兰州大学,中国近现代史,2013,硕士.[8]贺浩.虚拟财产的刑法保护[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.[9]万德贵.分立半导体元器件焊点缺陷的研究[D].电子科技大学,集成电路工程（专业学位）,2012,硕士.[10]高雷.预售商品房按揭法律问题研究[D].郑州大学,法律,2013,硕士.[11]侯志军,耿加加,窦亚飞,朱誉雅.中美高校年度报告比较分析及启示[J].现代教育管理,2014,05:119-124.[12]方贻洲.论当代中国威权政治的基础[D].山东大学,政治学理论,2013,硕士.[13]邵永星.基于热释电红外传感器的停车场智能灯控系统设计[D].河北科技大学,计算机应用技术,2013,硕士.[14]于世华.常微分方程法在结构影响线求解中的应用[D].吉林大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.[15]张文芳.医药流通企业信息系统的分析与设计[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.[16]杜国勇.移动Ad Hoc网络分簇算法的研究[D].安徽大学,计算机应用技术,2013,硕士.[17]白光,李文兴.铁路对少数民族地区经济的带动作用——以广西、青藏等铁路为例[J].广西民族研究,2014,01:139-145.[18]苏锦松.USP22和SIRT1蛋白在肾透明细胞癌中的表达及其作用[D].复旦大学,外科学,2013,博士.[19]唐爱莲.On Strategies of Raising Vocabulary Teaching Efficiency[D].安徽大学,英语语言文学,2003,硕士.[20]余雷.脉冲电磁场治疗骨质疏松的初步研究[D].第四军医大学,生物医学工程,2004,硕士.[21]李惠.老年糖尿病患者感染危险因素分析[D].吉林大学,护理学,2013,硕士.[22]黄大伟.电磁搅拌作用下轴承钢凝固组织形态演变的研究[D].东北大学,钢铁冶金,2011,硕士.[23]刘江波.企业新员工职业生涯规划研究[D].山东财经大学,企业管理,2012,硕士.[24]杨璐晟.国有企业核心竞争力培育策略研究[D].吉林大学,企业管理,2004,硕士.[25]单艺,马微,刘晓玲,王象欣,夏行昊,于力涛,魏雪冬,姜毓君.婴幼儿配方乳粉中微量碘测定方法的比较[J].食品工业科技.[26]温广辉.短时接触亲社会电子游戏对小学儿童亲社会行为的影响[D].浙江理工大学,应用心理学,2014,硕士.[27]华天海.基于DEA的水泥企业技术创新能力评价研究[D].安徽工程大学,管理科学与工程,2012,硕士.[28]王莉.论城市夜景照明的景观特性[D].南京艺术学院,2004,硕士.[29]伊朝接.基于新兴信息技术的智慧施工进度管理研究[D].哈尔滨工业大学,管理科学与工程,2014,硕士.[30]刘畅.新事业单位财务规则下医院财务审计研究[D].河北大学,会计学,2014,硕士.[31]赵金才.坐标测量系统零件信息提取与位姿自动识别的研究[D].天津大学,2005.[32]李晓辉.TiO_2/WO_3/石墨烯复合光催化剂的结构和性能研究[D].青岛科技大学,2014.[33]强彩虹.适应滨海新区发展的高职院校专业建设[D].天津大学,工业工程,2013,硕士.[34]曾伟川.β-氨基酸酯的合成研究[D].华侨大学,生物学,2013,硕士.[35]马广栓.当年养成商品草鱼新技术[J].农村.农业.农民.2003(04)[36]李超玲.筒形件强力旋压过程的有限元数值模拟[D].西北工业大学,材料加工工程,2004,硕士.[37]邓松波.基于机器视觉的飞机蒙皮孔几何参数检测技术研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2013,硕士.[38]郑开辉.含微电网的配电网自适应保护研究[D].北京交通大学,2012.[39]翟旭升,王海涛,谢寿生,苗卓广,吴勇.基于自适应遗传算法的多项式模型结构与参数的一体化辨识[J].控制与决策,2011,05:761-767.[40]李辉,彭海琳,刘忠范.拓扑绝缘体二维纳米结构与器件[J].物理化学学报,2012,10:2423-2435.[41]刘炳义.论中油集团技术创新战略[D].西南石油学院,2002.[42]韩京清.一类不确定对象的扩张状态观测器[J].控制与决策,1995,01:85-88.[43]张亚中,赵裕辉,鲁新便,刘哲生,叶建伟,宋伯虎.频谱分解技术在塔里木盆地北部TH地区碳酸盐岩缝洞型储层预测中的应用[J].石油地球物理勘探,2006,S1:16-20+24+142-143.[44]田永良.大型工程机械销售活动项目化管理应用研究[D].山东大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.[45]张继允.文艺复兴时期尼德兰绘画风格对我的工笔画创作的影响[D].首都师范大学,美术学,2013,硕士.[46]缪纲.面向视频后处理芯片的FPGA原型流程的研究和实现[D].浙江大学,通讯与信息系统,2004,硕士.[47]邵吉光,冯国臣,付盛.极值与切线的运动学原理[J].高等数学研究,2014,03:4-7.[48]黄捍东,赵迪,任敦占,王玉梅.基于贝叶斯理论的薄层反演方法[J].石油地球物理勘探,2011,06:919-924+1012+832-833.[49]高天珍.小学高年级语文阅读分层教学实验研究[D].华中师范大学,教育管理,2014,硕士.[50]张筱玮.论国际信用评级机构的治理及问责机制[D].安徽大学,国际法学,2013,硕士.

沈万慈 李新禄 邹麟 康飞宇 郑永平

（清华大学材料科学与工程系，新型炭材料研究室，北京 100084）

摘要 中国具有丰富的天然石墨资源，对天然石墨进行改性处理以应用到高能锂离子电池中是中国石墨产业升级的有效途径之一。对高纯微晶石墨进行了整形和表面包覆碳膜的处理，首次循环效率提高至，循环稳定性也得到了明显改善。试验表明，表面包覆的微晶石墨是一种优良的锂离子二次电池复合负极材料。采用H2SO4-GIC石墨层间化合物技术对鳞片石墨进行预膨胀处理，在石墨颗粒内形成亚微米-纳米空隙，提高了石墨制品的放电容量、快速充放电能力及循环寿命，特别适用于高能锂离子电池的发展要求［1～11］。

关键词 天然石墨；表面包覆；预膨胀；负极材料；锂离子电池。

第一作者简介：沈万慈，清华大学材料科学与工程系教授，长期从事石墨和新碳材料的研究和开发。E-mail：。

一、前言

中国石墨产品可分为鳞片石墨和微晶石墨两大类，鳞片石墨是指石墨晶质大于1μm，层片结构发达，但原矿品位低，一般含碳量在10%以下；微晶石墨又称为无定形石墨、隐晶石墨、土状石墨，晶质小于1μm，其特点在于由小晶粒团聚而成为聚晶体，原矿品位高，一般含碳量在50%以上，郴州鲁塘矿矿石含碳量达到80%以上。

微晶石墨用作锂离子电池的负极材料具有较高的嵌锂容量和循环稳定性，并且资源丰富、价格低廉，对天然微晶石墨进行改性处理以应用到高能锂离子电池中是中国石墨产业升级的有效途径之一。同样，鳞片石墨也可以用于锂离子电池的负极材料，但是必须要解决石墨在储电过程中的胀缩问题，否则它会直接影响电池的使用寿命。

二、微晶石墨的整形

微晶石墨颗粒内部是由许许多多取向无序的晶粒组成的，因此在微晶石墨球形化的过程中，极易产生粉碎现象，大多数颗粒被粉碎成10μm以下的细小颗粒。这些细小颗粒对石墨的负极性能是不利的。锂离子电池用天然石墨要求比表面积小、振实密度高、颗粒均匀，以提高其负极性能，这就要求颗粒粒度分布窄、表面光洁、球形度高。天然石墨必须经过粉体深加工，使其达到锂离子电池的使用要求，然而，通过普通机械粉碎方式很难达到这些要求。本文以化学法提纯后的微晶石墨为原料（其纯度C≥），对搅拌磨系统的微晶石墨整形效果进行了研究。表1是本研究中使用的微晶石墨的碳含量和粒度。

表1 试验中使用的微晶石墨

搅拌磨为无锡市鑫达粉体机械有效公司生产的SX-8型小型搅拌球磨机。搅拌桶容积8L，标准处理量3L。

（一）天然微晶石墨的整形加工

采用湿法搅拌磨整形：球形氧化锆磨球，直径3mm；料浆浓度20%；球料比为20∶1（质量比）；填充率为1/2；添加聚丙烯酸铵（或六偏磷酸钠）作为助磨剂，比例为（相对于石墨的质量）。实验采用不同的技术参数，如表2所示。

表2 天然微晶石墨球形化处理实验条件参数

表3 整形前后微晶石墨的比表面积和粒度

（二）整形实验结果

从表3中可以看到，研磨后的微晶石墨比表面积有所下降，这是经搅拌磨整形后，微晶石墨颗粒形状更接近于球形，在相同的情况下，球形颗粒的比表面积更小。同时经搅拌磨整形后的石墨颗粒粒径有所下降，这说明搅拌磨在整形过程中有一定的粉碎作用。

（三）电化学性能

将制备好的石墨分别与聚二氟乙烯（PVDF）（质量百分数10%）混合均匀后用二甲基吡咯烷酮（NMP）溶解调成糊状均匀涂覆在铜箔上，烘干轧制后得到100μm左右厚度的膜。取直径为12mm的膜作为实验电极。电极膜片经过150℃真空干燥24 h后，在氩气手套箱中组装成实验纽扣电池（型号2025）。电解液为1 mol/L—LiPF6/EC-DEC（1∶1）（Merck Co.），隔膜为Celgard＃2500。以锂片为对电极，采用恒电流充放电方法测试电化学性能，采用从到1C不等的放电速度，放电截止电压为0V，充电截止电压为3V。电池测试系统为兰电 CT2001A。

搅拌磨整形后的微晶石墨首次嵌锂容量和可逆容量分别由370 mA·h/g、284 mA·h/g增加到386 mA·h/g、308 mA·h/g，首次效率提高到。由此可见，微晶石墨的可逆容量并不算高，较鳞片石墨平均320 mA·h/g略低，但是微晶石墨有各向异性的结构特征，在重复充放电过程中显示了良好的循环性能，因此微晶石墨作为锂离子二次电池将更有优势，关键是提高首次循环效率。

三、微晶石墨的表面包覆

从机理上说，表面修饰主要是减少了石墨表面的活性点，降低了SEI形成的库仑消耗，优化了SEI膜的性能，从而降低了不可逆容量损失。同时预先在石墨表面形成一层碳膜，有利于防止电解液在石墨表面的分解，提高石墨负极的稳定性。但是表面碳膜的致密程度直接影响到改性的效果，致密均匀的碳膜就能有效地阻挡溶剂化离子的共插入，同时在炭化的过程中还能生成一些纳米级的孔，为锂离子的插入提供了更多的通道。

（一）微晶石墨的表面包覆工艺

包覆石墨制备工艺采用浸渍法，即将球形鳞片石墨与酚醛树脂按一定的配比混合均匀，加入乙醇溶剂调节黏度，得到符合分散工艺要求的浆料。经搅拌、过滤、烘干等工序后在石墨颗粒表面包覆上一层酚醛树脂，包覆后仍然为分散的椭球或球形的颗粒。再经过高温炭化后，制备出树脂炭包覆鳞片石墨。

包覆用的酚醛树脂采用液态线性酚醛树脂，型号为917（北京福润达树脂厂），固含量。去除乙醇溶剂后做热失重分析（热重分析仪 STA 409C）。实验表明，在1000℃时，树脂失重为61%，得到39%的热解炭。包覆用的石墨为搅拌磨整形和PCS系统球形化后的天然微晶石墨。

表4 微晶石墨在不同包覆量下的循环性能比较

图1 微晶石墨在不同包覆量下的循环容量曲线

（二）表面包覆的实验结果与讨论

表4列出了不同包覆量的循环性能比较。可以看出，在微晶石墨表面包覆树脂并经1000℃炭化后，其首次循环效率有所提高，循环稳定性也得到了改善。

从图1可以看出，表面包覆是对微晶石墨的电化学性能的有效改性方法，不仅能够提高首次效率，同时包覆后的微晶石墨显示了更好的循环性能，说明表面包覆的微晶石墨是一种良好的锂离子二次电池复合负极材料。

图2 GICs处理后循环性能

四、鳞片石墨用于锂离子电池负极材料

项目组在研究将天然鳞片石墨用作负极材料时，发现天然石墨由于石墨化程度高，其充放电容量要比人工制造的中间相炭微球（MCMB）高。MCMB容量在300 mA·h左右，而鳞片石墨为340 mA·h左右。但考虑循环性能时，鳞片石墨负极要差，多次充放电后，容量损失大。究其原因，主要是充放电时石墨晶体有10% 左右的涨缩量，鳞片石墨集中在一个方向上的多次涨缩使得负极膜损坏，造成性能下降。针对这一问题，本研究提出用石墨层间化合物（GICs）原理处理，在石墨颗粒内形成微米-纳米空隙，预制晶格涨缩空间，以提高循环性能。此项技术的关键在于缓慢有序的脱插，使插入物气体的逸出只在石墨内造成微米-纳米级的孔隙，而不能发生明显的体积膨胀，通常采用H2SO4-GIC、MClx-GICs或其他受主型GICs，在100～300℃低温的条件下经12～72 h的缓和脱插处理，而后对脱插后的石墨微粉进行微粒表面改性，包覆处理，制成负极材料。这样制得的负极材料既有鳞片石墨的高容量，又具有良好的循环性能（图2）。目前产品在电池上已进行产品性能检测。

五、总结与展望

我国锂离子电池产业仍将保持年平均30%以上的增长速度，2005年国内小型锂离子电池全年产量超过10亿只，石墨负极材料年需求量为5000～10000 t，世界需求量在2×104t左右，而目前供应量缺口很大。随着电动汽车的迅速发展，锂电池负极材料的需求将更加旺盛。

鉴于天然石墨资源丰富、价格低廉，并且具有较高的嵌锂容量，对天然微晶石墨进行改性处理以应用到高能锂离子电池中是国内石墨产业升级的有效途径之一。综合考虑造价和性能，在锂离子电池负极材料中天然石墨最具发展潜力，但是石墨存在着一些有待解决的问题，如首次循环的不可逆容量损失、循环稳定性等问题。天然石墨改性技术的不断发展，包括球形化处理、表面包覆树脂、插层/脱插的微膨化处理等，提高了石墨制品的放电容量、快速充放电能力、循环寿命等，改性天然石墨将成为高能锂离子电池负极的首选材料。

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An Investigation on Natural Graphite Used as an Anode Materials for Lithium-ion Batteries

Shen Wanci，Li Xinlu，Zou Lin，Kang Feiyu，Zheng Yongping

（The Laboratory of New Carbon Materials，Department of Material Science and Engineering，Tsinghua University，Beijing 100084，China）

Abstract：The resource of natural graphite is rich in will be an effective way to upgrade national graphite industry if natural graphite after modification may be used in lithium ion the research，microcrystalline graphite with high purity was sphericalized and coated with a carbon film on the initial cycle efficiency was improved to be and the cycle stability was remarkably experi ments proved that microcrystalline graphite with carbon coating was an excellent anode material for lithium-ion addition，H2SO4-GIC technique was used to prepare the natural flake graphite powder with was found that sub-micro and nano pores formed in the graphite samples，that improved the reversible capacity，rate capacity and cycle product meet well the requirement of lithium-ion battery.

Key word：natural graphite，surface coating，mild-exfoliation，anode material，lithium-ion battery.

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