文档介绍：多孔铜/碳纳米相复合负极的制备及其电化
学性能的研究
Preparation and electrochemical
performance of porous copper/carbon
posite anode materials
学科专业:材料工程
研究生:孟迪
指导教师:师春生副教授
企业导师:尹庆炜工程师
天津大学材料科学与工程学院
二零一二年十二月
独创性声明
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学位论文作者签名: 签字日期: 年月日
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学位论文作者签名: 导师签名:
签字日期: 年月日签字日期: 年月日
摘要
锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、工作温度范围大、循环寿命长、
无记忆效应,重量轻等优点,广泛应用于便携式电器、电动车行业、军事装备及
航天产业等。目前,已有很多研究者研究了碳纳米管作为锂离子电池电极材料的
嵌锂特性。此外,碳纳米管被直接用作导电剂加入到电极中使用。作为活性嵌锂
材料,常规电极制备过程需要将碳纳米管与粘结剂均匀涂覆在铜箔集流体上,粘
结剂的加入会使电极的导电性降低,碳纳米管的分散性同样会限制其性能的充分
发挥。本文提出以多孔铜为集流体,采用化学气相沉积法在多孔铜基体上直接合
成碳纳米材料,多孔铜基体在电极材料内部形成连续贯通的三维导电网络,既可
省去粘结剂,又可以实现碳纳米相的均匀分散。
采用 NaCl 和 NH4HCO3 为造孔剂制备了多孔铜,探讨了造孔剂形状、添加
比例对孔隙率及孔径分布的影响。结果表明,以电解铜粉和 NaCl 颗粒为原材料,
采用烧结-脱溶技术可制备孔道三维相互连通的多孔铜块体材料。多孔铜的孔径
及孔隙率可控。
采用 CVD 法在多孔铜集流体上原位合成碳纳米产物,600℃为最佳合成温
度,催化剂 Ni/Y 浓度为 和 时,碳产物为竹节状碳纳米管
和单螺旋碳纳米纤维;当生长温度为 700℃和 800℃,催化剂 Ni/Y 浓度为
时,碳产物为单双螺旋碳纤维混合物和面条状碳纤维。
通过实验优化了多孔铜基体上化学气相沉积(CVD)合成碳纳米相的工艺参
数,以多孔铜/碳纳米相复合材料为电极封装为扣式电池,对不同形貌的碳产物/
多孔铜复合电极进行了充放电性能、循环性能和倍率性能等电化学测试,结果表
明,当多孔铜的孔隙率约为 80%,厚度为 14μm 时,碳纳米管和单螺旋碳纳米纤
维碳电极材料具有优良的电化学性能, 它们的首次放电比容量分别为
和 ,在 1C 的倍率下充放电循环 100 次后,其放电比
容量分别为 和 。
关键词:多孔铜集流体,化学气相沉积,碳纳米相,电化学性能
ABSTRACT
Lithium-ion batteries(LIBs), which have high energy density, high operating
voltage, wide operating temperature range, long cycle life, no memory effect, light
weight, etc., have been extensively used in portable electronic devices, plug-in hybrid
electronic vehicles, military equipment and aerospace industry. So far, many
researchers have studied the lithium intercalation p