鈉離子電池生物質(zhì)硬碳負(fù)極材料的制備及性能研究.pdf

1、硬碳是最具有應(yīng)用價值的鈉離子電池(SIBs)負(fù)極材料，要想實現(xiàn)鈉離子電池的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，還需要找到合適的前驅(qū)體和制備方法，實現(xiàn)較高的首次充放電效率和進(jìn)一步提高循環(huán)性能。本文選用價格低廉、來源豐富的生物質(zhì)松果作為前驅(qū)體，通過對碳化溫度、雜質(zhì)含量、粒徑大小等制備條件的精確控制，得到了電化學(xué)性能優(yōu)異的鈉離子電池松果硬碳(PHC)負(fù)極材料。本論文具體研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)本論文首次使用資源豐富的生物質(zhì)松果通過兩步碳化法合成了硬

2、碳負(fù)極材料。采用X射線衍射分析(XRD)、拉曼光譜分析(Raman)、掃描電子顯微鏡(SEN)、高分辨掃描透射電子顯微鏡(HRTEM)和N2吸附脫附等溫曲線方法研究了松果硬碳的微觀結(jié)構(gòu)。采用恒電流充放電、循環(huán)伏安(CV)和電化學(xué)交流阻抗(EIS)研究了PHC材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明:松果硬碳的物理和電化學(xué)性能受碳化溫度的影響很大。隨著碳化溫度的升高，PHC材料的比表面減小，提高了首次充放電效率，還可以調(diào)整非晶PHC材料的微觀孔結(jié)構(gòu)，影

3、響PHC材料的斜坡和平臺容量，從而調(diào)控PHC材料的能量密度和功率特性。實驗發(fā)現(xiàn)1400℃下合成的PHC1400樣品表現(xiàn)出最好的綜合電化學(xué)性能，在電流密度30mAg-1下，可逆比容量達(dá)到370mAh g-1，循環(huán)120周后比容量為334mAh g-1，容量保持率92.7％，首效高達(dá)85.4％。
　　(2)研究了雜質(zhì)、電解液、粘結(jié)劑和導(dǎo)電炭黑對鈉離子電池硬碳負(fù)極材料性能的影響，并且確定了PHC的儲鈉機(jī)理是吸附-嵌入式。其結(jié)果表明:經(jīng)過

4、清洗除雜的PHC1400循環(huán)性能優(yōu)于未清洗的PHC1400，循環(huán)100周后，清洗和未清洗的PHC1400比容量分別是328mAh g-1和299mAh g-1，容量保持率分別為91.1％和83.3％。本論文采用了PVDF、CMC和海藻酸鈉三種粘結(jié)劑，發(fā)現(xiàn)CMC粘結(jié)劑表現(xiàn)出最優(yōu)異的性能。采用電解液NaClO4-EC∶DEC，鈉離子電池表現(xiàn)出最高的容量和循環(huán)性能。PHC1400具有良好的導(dǎo)電性，在未加入導(dǎo)電炭黑的情況下，仍表現(xiàn)出良好的電化學(xué)

5、性能。
　　(3)使用溶膠凝膠燃燒法合成NaCrO2、Na2/3Ni1/3-xMgxMn2/3O2鈉離子電池正極材料，以松果硬碳(PHC1400)為負(fù)極構(gòu)建全電池，并進(jìn)行了綜合電化學(xué)性能研究。結(jié)果表明:在電流密度30mAg-1下，NaCrO2/PHC1400全電池表現(xiàn)出288.9mAh g-1的可逆比容量，循環(huán)200周后比容量達(dá)150mAhg-1。Na2/3Ni1/3-0.1Mg0.1Mn2/3O2/PHC1400全電池在電流密度