煤基钾离子电池负极材料的构筑与性能研究

发布时间：2023-05-20 12:37

　　钾离子电池由于原料资源丰富、氧化还原电位低等优点有望成为替代锂离子电池应用于规模化储能领域的新型储能器件。然而,由于大的钾离子半径而导致负极材料倍率性能差、循环稳定性差成为阻碍钾离子电池发展的瓶颈。设计并创制适于钾离子存储的高性能、低成本负极材料对于发展规模化储能钾离子电池具有重要意义。本论文以成本低廉、碳含量高的煤为原料通过球磨、酸洗、氧化、碳化以及液相包覆制备了煤基负极材料,通过调节原料性质与工艺参数调控煤基碳材料的组成与结构,进而探究煤基负极材料与储钾性能之间的构效关系。主要研究内容如下:(1)高性能煤基负极材料的构筑及储钾性能研究。使用不同煤化程度的中低阶煤为前驱体,通过球磨、酸洗、预氧化以及碳化制备微米级煤基钾离子电池负极材料。中等煤化程度的烟煤在900 ^oC碳化后得到的煤基负极材料B₁-A-900展现出最优异的电化学性能:在0.05 A g^-1的电流密度下,可逆放电比容量高达260 mAh g^-1,即使电流密度增大至5 A g^-1,其可逆放电比容量仍然达到88 mA...

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 钾离子电池简介
    1.1 钾离子电池基本原理
    1.2 钾离子电池正极材料研究进展
        1.2.1 普鲁士蓝类配合物
        1.2.2 层状过渡金属氧化物
        1.2.3 聚阴离子化合物
    1.3 钾离子电池负极材料研究进展
        1.3.1 石墨基负极
        1.3.2 非石墨化碳基负极
        1.3.3 合金类负极材料
        1.3.4 金属氧化物负极材料
        1.3.5 有机物负极材料
        1.3.6 煤基储能材料的研究进展
    1.4 选题依据与研究思路
2 实验部分
    2.1 实验原料
    2.2 实验仪器
    2.3 表征仪器与方法
        2.3.1 扫描电子显微镜
        2.3.2 透射电子显微镜
        2.3.3 X射线衍射
        2.3.4 拉曼光谱
        2.3.5 氮气物理吸脱附
        2.3.6 元素分析
        2.3.7 热重分析
    2.4 测试电极组装方法
        2.4.1 电极片制备
        2.4.2 扣式电池的组装
    2.5 电化学性能测试方法
        2.5.1 恒流充放电测试
        2.5.2 循环伏安测试
        2.5.3 电化学交流阻抗测试
3 煤基钾离子电池负极的构筑及性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料制备
        3.2.1 煤基负极材料的制备
        3.2.2 原煤与酸洗煤的组成分析
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 灰分对煤基负极材料电化学性能的影响
        3.3.2 煤化程度对煤基负极材料电化学性能的影响
        3.3.3 碳化温度对气煤基负极材料电化学性能的影响
    3.4 本章小结
4 包覆煤基碳材料的构筑及性能研究
    4.1 引言
    4.2 材料制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 包覆对气煤基负极材料电化学性能的影响
        4.3.2 酚醛树脂比例对气煤基负极材料电化学性能的影响
        4.3.3 中温煤沥青比例对气煤基负极材料电化学性能的影响
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3821127