新型活性組分-石墨化介孔碳復(fù)合材料的制備及其在能源環(huán)境中的應(yīng)用.pdf

1、鋰離子電池作為諸多化學(xué)能源之一，與其他二次電池相比，具有能量密度高，開(kāi)路電壓高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，無(wú)記憶效應(yīng)，環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今世界極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦途G色高能化學(xué)電源。負(fù)極材料是決定鋰離子電池性能的重要因素之一，而傳統(tǒng)的碳基負(fù)極材料存在能量密度低和倍率性能不佳的固有缺陷，因此開(kāi)發(fā)新型廉價(jià)高效的的鋰離子電池負(fù)極材料對(duì)推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。錫、鈦、硅、鐵等元素及其氧化物是高比容量的新型負(fù)極活性組分，但錫和硅等元素及其氧化物在

2、充放電過(guò)程中存在材料體積變化大，循環(huán)壽命不佳等缺陷，鈦元素及其氧化物存在導(dǎo)電性差等缺陷，從而阻礙了這些活性組分在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。研究表明，采用合適的多孔骨架材料與其形成“鋼筋混凝土”的結(jié)構(gòu)，能夠有效的緩解活性組分的體積膨脹等問(wèn)題。石墨化介孔碳材料是一種具有規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)、良好的穩(wěn)定性和電子導(dǎo)電性的新型碳骨架材料，本文采用簡(jiǎn)便有效的方法將錫、鈦等新型活性組分以納米顆粒的方式固載在石墨化介孔碳骨架上，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，深入研究

3、了其復(fù)合材料的電化學(xué)性能，開(kāi)發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的新型活性組分摻雜的石墨化有序介孔碳鋰離子電池負(fù)極材料。
　　本文采用簡(jiǎn)單地固液球磨/模板法，以有序介孔氧化硅SBA-15為模板，以植物油為碳源，一步合成具有新型結(jié)構(gòu)—金屬錫納米晶體嵌入在石墨介孔碳壁上的Sn-GMC納米復(fù)合材料?？疾炝诉@種新型Sn-GMC納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能。XRD、TEM、N2吸脫附分析測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)金屬Sn納米晶體的含量較高，晶粒尺寸大約為3-5nm，均勻的

4、分散在導(dǎo)電性良好的石墨碳壁上，并且Sn-GMC納米復(fù)合材料具有中等的比表面積（223.9 m2/g），較大的孔容(0.611 cm3/g)和多級(jí)孔的有序二維六邊形介孔結(jié)構(gòu);電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，這種新型的結(jié)構(gòu)使得Sn-GMC納米復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，表現(xiàn)出較高的首次庫(kù)倫效率和較好的循環(huán)性能以及倍率性能。
　　本文采用一步納米共澆鑄法制備了不同鈦含量的TiO2-GC納米復(fù)合材料，研究了不同含量的鈦元素對(duì)材料結(jié)構(gòu)以及電化學(xué)性

5、能的影響，XRD、TEM以及BET測(cè)試結(jié)果表明，銳鈦礦型的TiO2納米顆粒均勻的分散在石墨化介孔碳基質(zhì)中，并且這種TiO2-GC納米復(fù)合材料具有良好的比表面積(110.28～528.95 m2/g)和較大的孔容（0.063～0.351 cm3/g），有利于充放電過(guò)程中鋰離子的擴(kuò)散;電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，20TiO2-GC納米復(fù)合材料相比于其他比例的復(fù)合材料以及石墨碳材料，具有更好的循環(huán)性能和可逆性，其初始容量高達(dá)1076 mAh/g，經(jīng)過(guò)

6、50次循環(huán)后，放電容量仍保持在326 mAh/g。
　　鋰離子電池中含有鈷、銅、鎘和錳等重金屬元素，這些元素對(duì)環(huán)境和人類的健康有巨大的危害，因次，解決鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中或報(bào)廢后可能造成的重金屬離子污染具有重要的意義。本文以硝酸鐵為鐵源，豆油為碳源，采用一步納米共澆鑄法制備了不同含量的磁性Fe@γ-Fe2O3/GC納米復(fù)合材料，用于對(duì)Cu2+和Co2+離子的吸附。XRD、TEM、BET以及磁性分析等測(cè)試結(jié)果表明，磁性Fe@γ-Fe