生物质基碳材料的制备及其在锂离子电池中的应用

发布时间：2021-07-02 08:34

　　锂离子电池（LIBs）因其具有较高的能量密度、较高的输出电压、无记忆响应和环境友好等特点,被认为是最具有应用前景的绿色电化学储能装置之一。“石墨型”碳材料（石墨烯、碳纳米管和无定形碳等）,具有原料易得、无毒和高化学稳定性等优点,因此在锂离子电池电极材料之中得到了广泛的应用。然而,较低的理论容量（372 mA h/g）、较差的倍率性能,使其不能满足锂离子电池对高能量密度和高倍率性能的要求。生物质碳材料具有高比表面积和高导电性等特点,因此,近年来科研人员正着眼于生物质基碳材料在锂离子电池中应用的研究。综上,为进一步研究生物质碳材料,及其在锂离子电池电极中的应用,本论文以生物质基碳材料的制备和电化学性能研究为主题,开展了以下3个工作研究:（1）以生物质废弃物松针为原料,KCl为活化剂,经高温煅烧制备具有三维多级孔状结构的生物质材料碳化松针（CPNs）。本实验首次以生物质碳材料CPNs与乙炔黑（AB）作为复合二元导电添加剂,探究其作为复合二元导电剂对以钛酸锂（LTO）为商业化负极材料的电化学性能的影响。实验的结果表明,二元导电添加剂可以显著提高活性材料LTO的电化学性能。其中,当二元导电剂CP... 

【文章来源】：辽宁大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂电池示意图（a）、锂电池所含能级图示（b）[24]

第1章绪论4对于新设计的LIBs材料开发，不仅可以改善电池性能，而且可以改善其机械性能。在过去的数十年研究中，事实证明是在LIBs领域进行研究的一个富有成果的时期，许多研究人员已努力开发出一种能改善生活水平的储能设备。然而，目前我们仍然需要发现新的材料和技术，并且在这种发现过程中，有可能创建将有助于新一代电子设备的LIBs。1.3生物质碳材料生物质碳材料是指把生物质原料，在无氧或者厌氧环境条件下，通过高温热化学的处理方式，制备得到的碳材料。目前，常见的生物质碳材料制备方法包括：活化剂活化法、水热碳化法、热熔盐碳化法和模板法等[11]。生物质碳材料具有孔结构可调、多级孔状结构、比表面积大、导电性高、杂原子掺杂等特点。图1-2为具有多样性结构的生物质碳材料在电化学存储中的应用简介。多孔结构的存在，一方面可以促进电解质渗透并有效缩短离子传输路径；另一方面多孔结构存在可以增加额外活性位点和增大材料的比表面积，进而可以有效提高材料的电化学性能[26]。生物质原料中含有大量杂原子（如：N、P、S、O和B等），制备生物质碳材料这些原子可以对碳材料杂原子掺杂，通过产生缺陷，增加材料活性，提高材料的电化学性能[27]。图1-2多样性结构生物质碳材料在电化学存储中的应用[28]

第1章绪论51.3.1生物质碳材料研究简介碳材料因具有成本价格低、原材料容易获得、安全无毒性、环境友好等特点，被认为是最具有应用前景的电化学能量转换和存储材料。由煤和石化等产品生产制备的常规碳材料，通常会消耗大量能源或合成条件十分苛刻。因此，目前迫切需要开发有效的方法来制备具有高性能和低环境污染的可再生生物质碳材料。生物碳材料具有丰富的表面官能团、易于调节孔隙度等特点，因此被作为最有前途的可持续的碳材料候选者[29]。如图1-3所示，回首过去数十年的研究中，生物质碳材料在能量存储（锂/钠离子电池、超级电容器）、能量转化（储氢、燃料电池、氧还原）等诸多领域得到了广泛的应用[30]。图1-3生物质碳材料的应用[30]1.3.2生物质碳材料在电化学存储中的应用研究现状

【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质衍生碳材料的结构多样性及其在能量存储方面的应用（英文）[J]. 江丽丽,盛利志,范壮军.  Science China Materials. 2018(02)



本文编号：3260128