多孔碳球、碳纖維制備和電化學(xué)性能研究.pdf

1、多孔碳材料因具有更加有效的充放電路徑，比較好的導(dǎo)電性和大量的鋰存儲(chǔ)的活性部位等優(yōu)點(diǎn)，將其用作鋰離子電池的負(fù)極材料具有較優(yōu)異的的電化學(xué)性能。傳統(tǒng)的制備多孔碳纖維/球的方法需要對(duì)材料進(jìn)行活化處理，其中包括復(fù)雜的物理和化學(xué)處理工藝。而靜電紡絲/靜電噴霧是一種相對(duì)而言更為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)有效的新型制備方法。我們用經(jīng)濟(jì)環(huán)保的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)取代聚丙烯腈原料(PAN)作為碳的前驅(qū)體，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為造孔劑，通過(guò)三步熱處理工藝制備

2、多孔碳纖維/球。這此過(guò)程中，需要綜合考慮兩種原料的熱處理溫度與時(shí)間，克服PVP在熱處理過(guò)程中容易發(fā)生熱收縮導(dǎo)致很難維持纖維/球的初始形貌的困難，最終得到多孔的結(jié)構(gòu)。
　　本文主要以多孔碳微納纖維為研究對(duì)象，以分子量為130萬(wàn)的PVP和分子量為9萬(wàn)的PMMA為原材料，采用靜電紡絲法結(jié)合三步熱處理工藝，成功地制備出多孔碳微納纖維。經(jīng)過(guò)大量的熱處理對(duì)比實(shí)驗(yàn)和相關(guān)TGA、SEM測(cè)試，最終確定了三步熱處理的溫度和時(shí)間。具體熱處理?xiàng)l件為：首先

3、在150℃干燥24h，然后在280℃預(yù)氧化6h，最終在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下1000℃碳化4h。
　　采用X射線(xiàn)衍射、掃描電鏡、透射電鏡和比表面積分析儀等測(cè)試手段系統(tǒng)分析了不同PVP/PMMA質(zhì)量比對(duì)多孔碳微納纖維的形貌和微觀結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明當(dāng)PVP:PMMA質(zhì)量比為3:2時(shí)得到的多孔碳微納纖維其孔的尺寸屬于介孔范圍，并且它的比表面積的值最大，在沒(méi)有進(jìn)行活化的情況下可達(dá)到545.4m2·g–1。
　　以制備的多孔碳微納纖維

4、作為負(fù)極材料，組裝成CR2025型扣式電池，采用電化學(xué)工作站和電池充放電測(cè)試儀系統(tǒng)研究了不同PVP/PMMA質(zhì)量比得到的多孔碳微納纖維對(duì)電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：在0.1C充放電速率下，所有多孔碳微納纖維的可逆比容量比沒(méi)有加PMMA的碳微納纖維高，其中PVP/PMMA質(zhì)量比為3:2的多孔碳纖維的可逆比容量最高，50次循環(huán)之后比容量約為220mAh·g–1。本文制備的所有碳纖維樣品都有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　我們也嘗試采用分子量為