马铃薯淀粉基炭微球的制备及其电化学性能研究

发布时间：2020-05-25 06:57

【摘要】：近年来人们对锂离子电池的需求不断加大,对其性能有了更高的要求,绿色安全、高容量的负极材料成为了研究热点。随着化石能源日益枯竭、环境问题日趋严重,寻找新型的清洁可再生资源迫在眉睫。淀粉作为一种碳质前驱体材料,产量丰富、绿色环保、生物可降解、经济适用,而马铃薯淀粉具有天然球形形貌,制备炭微球时不需要球形化,简化了炭微球的制备工艺,还可以降低生产成本。本课题以马铃薯淀粉为原料,分别以铁粉与炭黑为添加剂,通过稳定化处理使淀粉分子进一步交联,后续进行高温炭化制得了高分散的马铃薯淀粉基炭微球,对其形貌与结构进行表征分析,并研究了其用作锂离子电池负极材料的电化学性能。制备炭微球的过程中,铁粉通过物理分散作用,将淀粉颗粒相互隔开,使其受热均匀,加快淀粉受热脱水、缩聚交联进程,缩短了稳定化时间。铁粉与淀粉比例为100%时,稳定化6h制得球形度良好的炭微球,其比表面积为274m2/g,孔容为0.15cm3/g。用作锂离子电池负极材料表现出优良的倍率性能与循环性能,在50mA/g的电流密度下循环50次后比容量为298mAh/g。添加炭黑制备出了具有优异球形形貌的高分散炭微球。炭黑一方面促进淀粉的稳定化进程,另一方面可以增加炭微球负极材料的导电性,提高其比容量。测试结果表明炭黑添加量为1%时稳定化6h制得的炭微球的比表面积为351m2g-1,孔容为0.19cm3/g,在50mA/g下循环50次后比容量达到324mAh/g,在2A/g下循环10次后比容量保持在105mAh/g,表现出优良的电化学性能。
【图文】：

支链淀粉,直链淀粉

逦北京化工大学硕士学位论文逦逡逑及化工生产领域。淀粉产量高，来源丰富，价格实惠，安全环保，在可再生能源开发逡逑应用领域有广阔的发展前景［９］。逡逑１．２．１．１淀粉颗粒的组成与结构逡逑由（ｘ－Ｄ－葡萄糖组成的高分子聚合物即为天然淀粉，其分子结构是由直链结构与支逡逑链结构组成，两种结构对应的淀粉分别称为直链淀粉与支链淀粉［１（Ｍ２１，两种淀粉的结逡逑构与性质存在一定的差异。直链淀粉是脱水葡萄糖单元由ａ－ｌ，４糖苷键连接而成的线逡逑性聚合物，其分子结构如图１－１邋（ａ）所示。支链淀粉不仅有ａ－１，４糖苷键，还有一部逡逑分ａ－］，，６糖苷键，其在淀粉中的含量为４－５％，连接淀粉的分支位置，支链淀粉的分子逡逑结构见图卜１邋（ｂ），淀粉中以支链淀粉为主要成分。逡逑，？邋、逦ａｉ２0ｎ逦ｃ：ｎ２0ｉｉ逡逑

示意图,锂离子电池,工作原理,示意图

图１－２锂离子电池工作原理示意图［６９］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｃｅｌｌｓ逡逑锂离子电池的工作原理如图１－２所示，该电池的正极材料为钴酸锂ＬｉＣＧ０２，负极逡逑材料为层状结构的石墨Ｃ，溶有锂盐的有机溶剂为电解液。锂离子电池的充电过程即逡逑为Ｌｉ＋从正极材料中脱出，然后嵌入负极材料的过程，充电完成后，正负极的电荷不等，逡逑此时电子的补偿电荷开始起作用，到达负极使其达到电荷平衡状态。锂离子电池的放逡逑电过程则为Ｌｉ＋嵌入正极材料的过程，其正负极电荷状态与充电过程正好相反。锂离逡逑子电池充放电过程中，Ｌｉ＋在正负极之间来回嵌入－脱嵌，只会使得层间距发生变化并逡逑不会破坏晶体结构。电池整个反应过程如下：逡逑正极反应：ＬｉＣｏ０２邋＾ｉｓｃｈ＾ｅ邋Ｌｉｉ＿ｘＣｏ0２＋ｘＬｉ＋邋＋ｘｅ＂逦式（１＿１）逡逑负极反应：６Ｃ＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ＿逦ＬｉｘＣ６逦式（１－２）逡逑ｄｉｓｃｈａｒｇｅ逡逑ｃｈａｒｇｅ．逦，逡逑电池的反应：ＬｉＣｏ０２＋６Ｃ＜Ｃ．逦ＬｉｘＣ６邋＋Ｌｉ，．ｘＣｏ０２邋逦式（１－３）逡逑ｄｉｓｃｈａｒｇｅ逡逑１．３．２锂离子电池的负极材料逡逑负极材料作为锂离子电池的重要组成部分被大家广泛关注
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912;TQ127.11

【参考文献】