生物质碳基锂电池负极材料的制备及性能研究

发布时间：2024-07-04 23:36

　　21世纪以来,随着便携式电子设备及动力电池的迅猛发展,开发能量及功率密度更高、尺寸小、重量轻、成本和循环寿命长的锂离子电池具有重要的意义。作为锂离子电池的重要部件,目前商业的石墨负极材料由于理论比容量低(372 mAh g-1),已无法满足高能量、高功率密度的要求。因此,发展高性能、低成本的负极材料成为迫切需要解决的问题之一。近年来,具有可再生、可持续及来源广泛等优势的天然生物质资源被广泛应用于制备生物质衍生碳及其复合材料,并展现出高比容量、优异的循环和倍率性能。然而,受限于生物质成分组成复杂及固有微观形貌结构,生物质衍生碳的灵活性以及与其他活性材料多样性组合的能力较差,限制了其储锂性能的进一步提升。因此,结构灵活、组合多样的生物质碳基材料的制备对推动低成本、高性能锂电池负极材料的研究与应用具有重要的意义。本论文以生物质碳基材料的构筑及其储锂性能为研究主题,主要开展了如下三个工作:(1)生物废弃物的处理和回收利用对环境保护和可持续发展具有重要意义。以生物废弃物蛋壳膜为原料,采用“吸附碳化”的方法,原位制备C纤维负载纳米FeS的复合材料。作为锂离子电池负极材料,C纤维的交织结构可以提高导...

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 锂离子电池概述
        1.2.1 锂离子电池的发展历程
        1.2.2 锂离子电池的工作原理
        1.2.3 正极材料
        1.2.4 负极材料
        1.2.5 负极材料的改良策略
    1.3 生物质碳基负极材料的研究进展
        1.3.1 生物质碳材料
        1.3.2 生物质碳基复合材料
    1.4 课题的选题构想及研究内容
    参考文献
第二章 实验方法与仪器
    2.1 实验试剂与仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料表征设备
        2.2.1 X射线粉末衍射分析(XRD)
        2.2.2 扫描电子显微分析(SEM)
        2.2.3 透射电子显微分析(TEM)
        2.2.4 X射线光电子能谱分析(XPS)
        2.2.5 比表面积及孔径分布分析(BET)
        2.2.6 傅里叶红外光谱分析(FTIR)
        2.2.7 拉曼光谱分析(Raman)
        2.2.8 同步热分析(TGA/DSC)
        2.2.9 激光粒度分析
    2.3 电化学性能的测试
        2.3.1 电池极片的制备
        2.3.2 电池的组装
        2.3.3 循环伏安测试(CV)
        2.3.4 电池充放电性能测试
        2.3.5 交流阻抗测试(EIS)
第三章 蛋壳膜为生物模板绿色合成C/FeS复合材料的研究
    3.1 引言
    3.2 材料制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 ESM和Fe³⁺-ESM的结构与形貌
        3.3.2 C/FeS复合材料结构与形貌
        3.3.3 C/FeS复合材料的电化学性能
        3.3.4 吸附时间对C/FeS复合材料结构、形貌及性能的影响
        3.3.5 C/Co₉S₈和C/Ni₃S₂的结构与形貌
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 蛋白质盐溶-盐析构筑分级多孔碳(HPC)材料
    4.1 引言
    4.2 材料制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 蛋白质的盐析与盐溶
        4.3.2 前驱体冷冻产物的形貌
        4.3.3 冷冻干燥-碳化处理后产物形貌
        4.3.4 HPC的结构与形貌
        4.3.5 HPC的电化学性能
        4.3.6 食盐为模板制备HPC及其电化学性能
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 蛋白质衍生的C/Fe₃N复合材料及其储锂性能
    5.1 引言
    5.2 材料的制备
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 C/Fe₃N复合材料的结构与形貌
        5.3.2 C/Fe₃N复合材料的电化学性能
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
攻读博士学位期间取得的科研成果
致谢



本文编号：4000697