木质素基碳微球的制备及其储锂性能的研究

发布时间：2025-01-17 20:13

　　硬碳材料具有超过传统石墨材料的放电容量,是锂离子电池理想的新型负极材料之一。本文针对传统硬碳材料前驱体不可再生、环境污染严重等缺点,以木质素磺酸钠为原料,制备了硬碳微球材料并对其进行了氮掺杂及催化石墨化改性研究,采用SEM、TEM、XRD、Raman、EA、TG/DTG及恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗测试等测试方法对所制材料进行了分析,取得的主要成果如下:（1）采用水热法成功制备得到木质素基碳微球材料。木质素磺酸钠浓度、水热反应温度和时间、水热产物热解温度是影响碳微球材料粒径与球形度、石墨微晶结构完善性以及充放电性能的主要因素。当原料浓度为40 g·L^-1,水热反应温度为230℃,反应时间为12 h,热解处理温度为600℃时,所制备碳材料颗粒大小适中,球形度好,石墨微晶结构相对较完善。其0.1 C充放电可逆容量达389.4 mAh·g^-1,首轮充放电库伦效率为43.6%,1 C充放电容量达180 mAh·g^-1且循环稳定。（2）将三聚氰胺与木质素磺酸钠一起水热碳化,成功制备得到掺氮量较高的改性碳微球材料。所引入氮原子包...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1 不同水热反应温度所制碳微球样品的XRD谱图

图1为不同水热反应温度所制碳微球样品的XRD谱图。由图可知：3个样品的XRD谱图形状基本类似，均可观察到衍射角2θ=23°左右出现的（002）晶面衍射峰和2θ=43°处出现的（100）晶面衍射峰；衍射峰数量较少且均表现为宽泛的“馒头峰”，表明制备的样品为无定型硬碳结构[12]。随....

图2 不同水热反应温度所制碳微球样品的SEM图

图2为不同水热反应温度所制碳微球样品的SEM图。由图可知，HCT-200样品呈现不规则的颗粒状，说明在水热反应温度较低条件下原料反应不完全，无法转变为球形结构。当水热反应温度升高至230℃时，原料完全转化形成球型，且表面光滑、分散度较好，粒径在5～7μm。这表明木质素磺酸钠的水热....

图3 HCT-230及HCT-260样品的拉曼光谱图

HCT-230及HCT-260样品的拉曼光谱图见图3。由图可知：1350cm-1处的吸收峰为D峰，表示位于石墨烯边缘的碳原子和sp2杂化碳及石墨域内的不同种类的无序或缺陷。而G峰与C?C的面内伸缩振动有关，反映材料石墨化的结构形式。D峰与G峰的强度比（ID/IG）可以反映材料的石....

图4 不同水热反应温度所制碳微球样品的首轮充放电曲线图

在电压0.05～2.5V、0.1C倍率条件下，采用电池测试系统对不同水热反应温度所制碳微球样品进行充放电性能测试，其首轮充放电曲线图见图4。由图可知：3个样品的放电比容量均较高（750～900mAh/g），但充电比容量较小，库伦效率偏低，这与许多硬碳材料的充放电行为相似。首轮充放....

本文编号：4028446