生物質(zhì)衍生硬碳負(fù)極材料在二次電池上的應(yīng)用.pdf

1、鋰離子電池已經(jīng)成為最受關(guān)注的儲能電池體系，并在各種便攜式儲能設(shè)備中廣泛應(yīng)用。但由于鋰資源有限，使得鋰離子電池成本增高，因此，需要尋求一種可替代技術(shù)來降低其成本?；谪S富且低成本的鈉元素資源，鈉離子電池引起大家的普遍關(guān)注。目前，在商業(yè)化鋰離子電池中廣泛使用的負(fù)極材料是石墨材料，但由于鈉離子半徑是鋰離子的1.5倍，導(dǎo)致石墨的層間距（0.335 nm）不利于鈉離子的嵌脫過程，使其無法應(yīng)用于鈉離子電池體系中。因此，在鈉離子電池負(fù)極材料中，非石墨

2、化的硬碳材料是研究重點(diǎn)。其中，生物質(zhì)衍生硬碳材料是一種以農(nóng)/林產(chǎn)品廢棄物/副產(chǎn)物為來源的硬碳材料，目前以其環(huán)境友好性、成本低等特點(diǎn)，成為制備硬碳材料的關(guān)注焦點(diǎn)。
　　本論文中，選用三種不同生物質(zhì)材料（開心果殼、葵花籽殼和花生殼）為原料，以兩步法（低溫水熱-高溫?zé)峤猓┲苽溆蔡疾牧?，研究熱處理溫度和水熱條件對硬碳材料的結(jié)構(gòu)性能、形貌特征以及材料在二次電池中電化學(xué)性能的影響。此外，根據(jù)硬碳材料的性質(zhì)，制備硬碳-金屬氧化物復(fù)合材料，對金屬

3、氧化物進(jìn)行改性研究，擴(kuò)展硬碳材料應(yīng)用范圍。
　　本論文的主要研究結(jié)果如下：
　　（1）為了研究熱處理溫度的影響，在制備硬碳材料過程中選用兩種不同生物質(zhì)（開心果殼和葵花籽殼），熱解溫度范圍為800-1100℃。結(jié)果表明，熱處理溫度影響硬碳材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)（石墨化程度、材料缺陷度、比表面積和孔體積）。經(jīng)過電化學(xué)性能測試，在熱解溫度為1000℃時，兩種不同生物質(zhì)原料所制備出的硬碳材料PSHC-1000和CMF-1000均表現(xiàn)出高的可

4、逆比容量，良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，并且大倍率循環(huán)穩(wěn)定性好。此外，選用穩(wěn)定的NaNi0.5Mn0.5O2材料和Na0.44MnO2材料為正極，PSHC-1000材料為負(fù)極，1M NaClO4(EC:PC=1:1)為電解液，組裝鈉離子扣式全電池，進(jìn)一步測試硬碳材料PSHC-1000的實(shí)用電化學(xué)性能。經(jīng)過測試，全電池表現(xiàn)出高的可逆比容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性。因此熱處理溫度的選擇對硬碳材料的性能至關(guān)重要。
　　（2）為了擴(kuò)展硬碳材料的應(yīng)

5、用范圍，基于所制備的葵花籽殼衍生碳微米纖維材料特殊的纖維狀結(jié)構(gòu)，可將其與金屬氧化物材料復(fù)合從而改善金屬氧化物的性能。在此，選用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而導(dǎo)電性差的TiO2材料，在其中加入碳微米纖維材料制備TiO2/CMFs復(fù)合材料，對其電化學(xué)性能進(jìn)行改性研究。復(fù)合材料中的碳微米纖維，為 Na+和電子的傳輸提供有效路徑以及良好的電子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得復(fù)合材料的可逆容量、倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定性和首周效率均得到很大提升，有效改善金屬氧化物材料的電化學(xué)性能。

6、　?。?）水熱條件的選擇影響材料的結(jié)構(gòu)，對形貌的影響更加明顯。通過在不同水熱預(yù)處理條件下處理花生殼，得到的花生殼衍生硬碳材料在鋰離子電池和在鈉離子電池中表現(xiàn)出的電化學(xué)性能相差很大。因此，可以通過控制水熱條件對材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行調(diào)控，并對材料的電化學(xué)性能進(jìn)行改性研究。
　　綜上所述，生物質(zhì)衍生硬碳材料來源廣泛、制備簡單，并且可以表現(xiàn)出出色的電化學(xué)性能。此外，硬碳材料還可以與金屬氧化物制備復(fù)合材料，對后者進(jìn)行改性。因此，生物質(zhì)衍生硬