摘要：锂离子电池被广泛应用于手机、笔记本电脑等数码产品中，其在动力汽车与混合动力汽车中也同样具有广泛的应用前景。现有的商业化锂离子电池的正极是锂钴氧，负极为石墨。但正极材料能量密度低。因此，开发高比能的新电池体系成为了发展的方向。I3/I-电对之间具有良好的可逆性能，可将其应用于锂离子电池。由于碘的热稳定性较低，以及易溶解于电解液形成碘化锂，进而影响电池的电化学性能。所以本文我们采用以碳纳米管为载体，将碘与碳纳米管复合后探究其电化学性能。碳纳米管具有良好的导电性能，可提高单质碘的利用率。同时碳纳米管具有较大的比表面积和较小的管径，其管径可以吸附碘，防止碘的溶解。79906

毕业论文关键词：锂碘电池;正极材料;碘;电化学性能;能量密度

Study of electrochemical performance of Iodine-carbon nanotubes composite cathode material

Abstract: Lithium-ion batteries are widely used in mobile phones, laptops and other digital products。 The conventional cathode of lithium-ion batteries is LiCoO2, while it is toxic and low energy density to meet the fast development of EV and HEV。 Thus, developing high energy and power density lithium batteries has been a hot topic。 Recently, rechargeable Li-iodine (Li-I2) batteries have attracted increasing attention as next-generation energy storage devices, owing to the high specific capacity (211 mAh/g), high abundance and the relatively low cost of iodine。 Despite these excellent advantages, the development of Li-I2 batteries has been retarded by the easy sublimation at low temperatures and the dissolution of iodine in the electrolyte followed by diffusion between the two electrodes。 The high dissolution of iodine in organic electrolytes and the following transport to the lithium anode can lead to a shuttle process, resulting in capacity fading and low coulombic efficiency。 To tackle the above-mentioned challenges for Li-S battery, in this work, I2/carbon nanotubes composite is synthesized and investigated as cathode for lithium batteries。

Keywords: Lithium-Iodine Batteries; Cathode;  iodine;  electrochemical performance;  Carbon nanotubes

前言

随着科学技术的不断创新与发展以及人民物质生活水平的提高，人们对电池的需求量越来越大，对电池性能的要求越来越高。特别是随着航天技术的发展、军事技术的需求和微型电子工业的迅速发展所导致的大量工业用、民用、医用便携式电子产品的问世，电动汽车的开发和研制，以及可持续性发展的要求，人们对于轻便、稳定、高能量、可持续充电使用的电池的需求更加迫切。在这种背景条件下快速发展起来的新型高能二次电池就是锂离子电池。自1992年问世并商业化生产以来，锂离子电池以电压高，能量密度大，循环稳定性好等卓越性能在众多电池中脱颖而出，被认为是最理想最有前途的电池[1]。论文网

锂离子电池是由锂电池发展而来的，锂电池可以分为锂一次电池与锂二次电池，对锂二次电池的研发经历了金属锂二次电池、锂离子电池与锂聚合物电池三个不同阶段。人们对于锂一次电池的研究早在20世纪50年代就已经开始了, 但后来考虑到环保与资源问题, 研究的重点转向了可反复使用的锂二次电池。研发锂二次电池在过去很长一段时间内都是热门，但是以金属锂作负极的二次电池并没有能够实现商业化生产。其中的关键问题是安全因素[2]，从锂二次电池的工作原理出发，由于充放电过程中外电路向负极提供了电子，在负极中锂离子会因为获得电子而析出，生成树枝状的锂晶体，从而导致正极与负极连接在一起，造成锂电池短路甚至爆炸[3]。所以对锂二次电池的研发因为这个问题停滞不前。直到1981年，贝尔实验室的研究人员发现将锂嵌入石墨中可以避免充电过程中锂的枝晶偏析问题，形成组成为C6Li的石墨层间化合物，成功解决了二次电池的安全性问题。1992年日本索尼公司推出了第一块锂离子电池，它是以碳材料为负极，以含锂的化合物作正极的二次锂电池。之所以称之为锂离子电池，是因为在充放电过程中，并没有金属锂的存在，只有锂离子，因此这就是锂离子电池[4]。这是一种全新的电池概念,被人们称为摇椅式电池概念[5]。一般电池大多基于“氧化- 还原反应”进行工作;而锂离子电池的工作原理除了基于“氧化- 还原反应”以外,还基于电化学嵌入/脱嵌反应。锂离子电池充放电过程中,在电压降驱动下锂离子完成嵌入与脱嵌反应, 电极材料的晶格结构没有因为“嵌入与脱嵌”这一过程发生变化,因此该反应具有良好的可逆性。这决定了锂离子电池所具有的一般高能量密度可充电电池所不具备的高循环使用寿命。文献综述