多孔碳納米復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、多孔碳由于其比容量高，導(dǎo)電性好，大電流密度下容量保有率高且成本低，原料豐富等優(yōu)點，已經(jīng)成為人們研究鋰離子電池負(fù)極材料及超級電容器電極材料的熱點。對多孔碳石墨化處理能提高其導(dǎo)電性。通過異質(zhì)原子摻雜能夠在碳基材料中引入贗電容效應(yīng)進(jìn)而提高其能量密度；異質(zhì)原子摻雜的多孔碳骨架復(fù)合氧化物納米結(jié)構(gòu)不僅能夠有效提高電極材料的電子導(dǎo)電率，而且能夠縮短鋰離子擴散路徑并提供良好的應(yīng)力緩釋作用。金屬錫有許多優(yōu)異的電化學(xué)性能，但是在充放電過程中體積變化劇烈而破

2、壞材料的結(jié)構(gòu)，造成容量迅速衰減。解決這一難題的有效辦法就是制備一種多孔碳/錫納米復(fù)合材料。本文通過化學(xué)原位氧化法合成了聚苯胺前驅(qū)體與聚苯胺/氧化石墨納米復(fù)合材料，并對其進(jìn)行了一步高溫碳化、活化及石墨化獲得一種高度石墨化多孔含氮碳材料；通過直接碳化得到一種多孔碳/錫納米復(fù)合材料。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)以聚苯胺為前驅(qū)體，氫氧化鉀作為活化劑，鎳氰化鉀提供的鎳為催化劑通一步催化碳化、催化、活化法制備一種三維多孔石墨化含氮碳材料(H

3、PGCN)。XRD測試發(fā)現(xiàn)HPGCN有明顯的石墨化碳，而HPCN中觀察不到石墨碳產(chǎn)生的晶格條紋。對其進(jìn)行電容性能分析，HPGCN和HPCN在0.5 A g-1時的比容量分別為335.2 F g-1，263 F g-1，當(dāng)電流密度為增加到10 A g-1時比容量分別為286.3 F g-1，210 F g-1。
　　(2)以聚苯胺/氧化石墨為前驅(qū)體，通過一步高溫碳化、催化、活化法制備了一種石墨化三維多孔含氮碳/石墨烯(GCNG)納米

4、復(fù)合材料。通過SEM與TEM對其觀察發(fā)現(xiàn)GCNG是多孔片網(wǎng)結(jié)構(gòu)，孔壁上均勻地分散著許多小孔，使得整個材料都是連通的。通過XRD對其表征發(fā)現(xiàn)GCNG比CNG的石墨化程度強很多。對其進(jìn)行了鋰電性能測試，GCNG在電流密度大小為0.1 A g-1時首次放電比容量分別為1445.1 mAh g-1，首循環(huán)庫倫效率為61.6％。并且GCNG的長循環(huán)穩(wěn)定性非常好。
　　(3)使用聚丙烯酸鈉與錫酸鈉為原材料，高溫下一步碳化得到多孔碳/錫納米復(fù)合

5、材料(HPC/Sn)。通過SEM分析發(fā)HPC/Sn為100 nm左右的錫顆粒均勻地分散在多孔碳網(wǎng)上的復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過對其使用 XRD表征，證明分布在多孔碳網(wǎng)上的顆粒為單質(zhì)錫，通過藍(lán)電（Land-CT2001A）對其進(jìn)行了鋰電性能測試。HPC/Sn電極在電流密度大小為0.1 A g-1時，首次放電比容量為1652.1 mAh g-1，首循環(huán)庫倫效率為59.61%，HPC電極在電流密度大小為0.1 A g-1時首循環(huán)放電比容量為1302.6