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[学位]

生物质基多孔石墨化碳的制备及其锂离子电池性能研究

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Author:

叶兰兰 (叶兰兰.)

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Abstract:

锂离子电池具有高电压、长循环寿命、无记忆效应、环境友好等优点,被广泛应用于现代移动通讯设备、电动汽车、航空航天等。世界各国竞相研制开发具有更高性能的锂离子电池以满足其在化学电源市场急剧扩张的需求。目前锂离子电池的性能仍无法满足高能量密度、高性能设备的实用化需求,特别是能量密度方面,而且高生产成本也制约了其产业化生产。负极材料属性对锂离子电池的性能影响显著,石墨具有低的嵌锂电位、优异的循环稳定性和较低的成本而被广泛研究使用,但是商业石墨已接近理论容量,亟需开发新型负极材料以满足对高容量储能器件的迫切需求。
多孔石墨化碳材料用于锂离子电池负极具有容量高,循环寿命长等优点,但制备仍然面临着诸多困难,如结构可设计性差、孔结构不可控、和难以规模化制备等。因此,多孔石墨化碳材料须从前驱体的选择、结构设计和制备方法等方面进行详细研究。本论文以生物质材料脱脂棉、马蔺、稻壳为碳源,采用硝酸镍催化或氯化锌活化的方法,制备多孔石墨化碳材料,并探究材料的性能以及其作为锂离子电池负极的电化学性能和储能性能。
论文的内容主要包括以下几个方面:(1)以脱脂棉为碳前驱体,利用镍的催化作用制备出多孔石墨化碳材料,考察了温度对碳材料的影响。(2)以马蔺为碳源,以ZnCl2为活化剂,制备出多孔石墨化碳材料,探究了温度以及马蔺与ZnCl2的比例对活化产物的影响。(3)采用稻壳作为碳源,在850°C通过ZnCl2对其进行活化,制备多孔石墨化碳材料,主要探讨了稻壳与ZnCl2的比例对活化产物的影响。运用XRD、SEM、TEM、Raman和BET等测试手段对多孔石墨化碳材料进行表征,使用循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等测试手段对其结构和电化学性能进行了探究。
实验结果表明:(1)脱脂棉为碳前驱体,制备出石墨化程度较高、纤维结构保持较好、电荷传输能力优异的电极样品,在0.10 A/g电流密度下循环80圈放电容量仍有988 mAh/g。(2)以马蔺为碳源,制备出石墨化程度高,比表面积和孔体积分别为1193 m2/g和0.76 cm3/g的电极样品,在0.10 A/g电流密度下循环200圈时容量仍有492 mAh/g。(3)采用稻壳作为碳源,制备的电极样品比表面积和孔体积分别为1442 m2/g和1.29 cm3/g。在0.10 A/g电流密度下循环200圈放电容量仍维持在852 mAh/g。经碱洗后,储能性能更加优异,在0.10 A/g时循环120圈时放电容量仍维持在1065 mAh/g。

Keyword:

多孔石墨化碳材料 负极材料 锂离子电池 生物质碳材料

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  • [ 1 ] 西安交通大学材料科学与工程学院

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Basic Info :

Degree: 工程硕士

Mentor: 马飞

Year: 2019

Language: Other

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 4

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