硬碳材料合成及其在鈉離子電池負極中的應用研究.pdf

1、當今人類社會面臨能源危機、環(huán)境污染等問題，太陽能、風能等清潔能源太過依賴于自然條件，具有不穩(wěn)定的特點，其實際應用則需要一個安全可靠的能量存儲系統(tǒng)。電化學儲能在清潔能源的儲存和利用上起到了很重要的作用，其中鈉離子電池是最有希望應用于電化學規(guī)模儲能的技術之一，而電極材料的研究是鈉離子電池研究的關鍵。鈉離子電池負極材料的主要研究方向之一是硬碳材料，為了尋求高比能量的硬碳負極材料，本文分別以生物質(zhì)柚子皮和交聯(lián)網(wǎng)絡狀聚吡咯為前驅(qū)體，系統(tǒng)研究了磷酸

2、活化、材料比表面積和粘結(jié)劑等因素對硬碳材料儲鈉性能的影響。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：
　　首先，本文以生物質(zhì)柚子皮為前驅(qū)體，通過活化和熱解的方法制備硬碳材料。磷酸活化不僅可以在硬碳材料上制造出豐富的孔結(jié)構(gòu)，還能夠在硬碳材料表面引入大量的官能團。結(jié)果表明，700oC熱解磷酸活化的柚子皮成功得到了高比容量的硬碳材料。在200mAg?1的電流密度下，循環(huán)220圈之后，容量仍然保持在了181mAhg?1的可逆比容量，效率在99％以上，容量保

3、持率在84.6%左右，表現(xiàn)出優(yōu)秀的循環(huán)性能，在5Ag?1的大電流充放電的條件下，容量仍然有71mAhg?1的可逆比容量。磷酸活化和熱解柚子皮成功得到了一種低成本、大批量制備高性能鈉離子電池負極材料的方法。
　　其次，為了研究材料的比表面積與儲鈉性能之間的關系，我們以交聯(lián)網(wǎng)絡狀的聚吡咯為前驅(qū)體，以KOH為活化劑，制備了不同比表面積的硬碳材料。研究表明，隨著比表面積的增大，材料的首次效率隨著比表面積的增加而先增大后減小，只有合適的比表

4、面積才會使材料的儲鈉性能達到最佳。本工作中，當KOH與前驅(qū)體的質(zhì)量比為0.5時，材料的首次效率最大可達46.3%，初始充電比容量可達299.3mAhg?1。
　　不同的粘結(jié)劑也會影響到同一種材料的儲鈉性能的發(fā)揮，我們系統(tǒng)研究了CMC、SA、PAA-Na和PVDF四種粘結(jié)劑對應的電極片的儲鈉性能。PAA-Na作為粘結(jié)劑所表現(xiàn)出來的電化學性能最佳，首次效率可達65.7%，初始可逆比容量可達343.6mAhg?1（50mAg?1的電流密

5、度），在大電流密度下（3Ag?1電流密度）可達155mAhg?1。SA作為粘結(jié)劑時，電極片的首次效率可達51.6%,在大電流密度下可逆比容量與PAA-Na的粘結(jié)劑相當，循環(huán)125圈之后，材料的可逆比容量可達200mAg?1。SA主要從海藻中提取出來，其來源廣泛、原料低廉、可工業(yè)化生產(chǎn)，因此，粘結(jié)劑SA可以作為鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的一種很有前途的粘結(jié)劑。
　　硬碳材料可逆比容量高、電壓平臺低，安全可靠等優(yōu)點使之作為鈉離子電池負極材料很有