玉米淀粉基微米炭球在鋰離子電池中的應用.pdf

1、隨著社會、科技的發(fā)展與進步，實際應用中對鋰離子電池性能的要求越來越高，而電極材料限制了鋰離子電池的迅速發(fā)展，其中，負極材料被認為是發(fā)展高性能鋰離子電池的關(guān)鍵部分。目前，鋰離子電池所使用的負極材料主要為石墨，但是，石墨已經(jīng)不能滿足新一代高比容量、高倍率性能負極材料的發(fā)展需求。針對鋰離子電池大容量、大功率及小型化的需求，研究具有高比容量、高倍率性能、高體積密度及低成本的負極材料成為發(fā)展趨勢。
　　與傳統(tǒng)的石墨負極材料相比，硬炭具有較高

2、的比容量和良好的倍率性能，近些年來倍受關(guān)注。本論文采用綠色廉價、來源豐富的生物質(zhì)——玉米淀粉為原料，旨在制備高比容量、高倍率性能、高體積密度的硬炭材料，并將其應用于鋰離子電池負極。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　以玉米淀粉為原料，結(jié)合簡單的酶解、預氧化、炭化技術(shù)，成功制備了微米級的分級孔炭球。利用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、物理吸附、X-射線衍射、元素分析等技術(shù)手段研究分級孔炭球的形貌、結(jié)構(gòu)及晶型特征;結(jié)合循環(huán)伏安、充放電、電化

3、學阻抗等測試手段研究分級孔炭球作為鋰離子電池負極的電化學性能。測試結(jié)果表明，得到的材料是直徑為5-12μm的微米級炭球;材料表面存在200-400 nm的大孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存在微孔和介孔結(jié)構(gòu)，即材料具備微孔-介孔-大孔的分級孔結(jié)構(gòu);分級孔結(jié)構(gòu)縮短了電解液和鋰離子的傳輸路徑，有利于鋰離子的快速傳輸，使材料具有非常優(yōu)異的倍率性能:在電流密度為20 A g-1時，材料的可逆容量高達150 mAh g-1;材料也表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能和比容量，在電

4、流密度為0.1 A g-1下循環(huán)100次，可逆容量高達507 mAh g-1。
　　以玉米淀粉、硝酸鐵為原料，成功制備了中空囊鑲嵌的分級孔炭球，研究了材料的形貌、結(jié)構(gòu)及晶型特征，并對其進行電化學性能測試。測試結(jié)果表明，材料是直徑為5-12μm的微米級炭球;材料表面存在200-400 nm的大孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存在微孔和直徑為20-50nm的炭包氧化鐵中空囊，即材料依然具備微孔-介孔-大孔的分級孔結(jié)構(gòu);中空囊有利于鋰離子大量填充，大大提高