雜原子摻雜碳材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、人類社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步帶動(dòng)了大規(guī)模的能源消耗，能源危機(jī)也愈演愈烈，先進(jìn)的能量存儲(chǔ)技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)顯得尤為重要。綜合考慮能量密度、功率密度、使用壽命、效率，安全性和成本等因素，鋰離子電池取得了巨大的成功。目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極主要是石墨，但由于石墨的理論比容量只有372mAh g-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類發(fā)展的需求，因此，各種碳基、硅基、錫基、過渡金屬氧化物硫化物等負(fù)極材料應(yīng)運(yùn)而生，其中碳基電極材料，如碳納米管、石墨烯、和多孔碳等由于其較高的

2、表面積，優(yōu)異的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性成為非常有潛力的鋰離子電池負(fù)極材料的替代品。此外，由于地球上的鈉元素的存儲(chǔ)遠(yuǎn)高于鋰元素，金屬鈉的成本也遠(yuǎn)低于金屬鋰，因此，鈉離子電池也逐漸成為未來能量存儲(chǔ)的一個(gè)研究方向。本工作主要通過高溫煅燒得到高濃度雜原子含量（氮含量12.5at.％，硫含量3.7at.％）和高比表面積(686m2g-1)的納米棒狀類石墨烯材料，并將其應(yīng)用到鋰離子和鈉離子電池負(fù)極來提升電池的性能。此外，還利用硝酸和硫酸處理碳纖維紙，之后

3、用高錳酸鉀溶液進(jìn)一步氧化在其表面修飾上含氧官能團(tuán)，表面改性的碳纖維紙對(duì)金屬鋰和金屬鈉有很好的浸潤性，在金屬鋰和金屬鈉負(fù)極具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。具體工作簡述如下:
　　1.酸處理和高錳酸鉀氧化表面修飾碳纖維紙。硝酸和硫酸的混合溶液作為氧化劑處理碳纖維紙以改變表面的浸潤性，高猛酸鉀溶液進(jìn)一步氧化，用處理的碳纖維紙分別接觸熔融的金屬鋰和金屬鈉制金屬鋰和金屬鈉負(fù)極，并對(duì)碳纖維紙-金屬鈉進(jìn)行相應(yīng)的電化學(xué)測試。
　　2.氮和硫雙摻雜的納米

4、棒狀類石墨烯材料的制備。以聚苯硫醚(PPS)作為硫和碳的前驅(qū)體，以蟹殼作為生物模板，在氨氣氛圍下，通過調(diào)控煅燒的溫度來控制氮原子和硫原子的摻雜量獲得有序的高濃度雜原子摻雜量的碳納米棒狀類石墨烯材料。
　　3.高濃度雜原子含量的納米棒狀類石墨烯材料應(yīng)用于高性能鋰離子電池和鈉離子電池的負(fù)極研究。將材料調(diào)漿涂布在銅箔上制備出電極片，并在扣式電池中進(jìn)行電化學(xué)性能測試。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在700℃下煅燒的材料具有最高的雜原子含量，同時(shí)具有最佳的電化學(xué)