生物质基碳材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2017-06-27 04:07

  本文关键词：生物质基碳材料的制备及电化学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂离子电池由于具有较高的工作电压和能量密度等优点,已经广泛应用在手机、数码相机、笔记本电脑以及电动汽车等领域。石墨类碳材料是目前商品化锂离子电池的主要负极材料,理论容量为372 mA h/g。随着社会的发展,石墨类碳材料的储锂容量越来越不能满足需求,人们开始开发新型负极材料来提高锂离子电池的性能。本论文以生物质材料—海藻酸钠作为原材料,经过简单的碳化处理得到多孔碳材料及石墨烯类碳材料。对所得的碳材料进行了一系列物理化学性质表征,并且研究了它们在锂离子电池负极材料方面的应用性能。以常见生物质海藻酸钠作为原料,通过简单的方法制备出膜状前躯体。将获得的膜状前躯体进行简单的碳化处理,获得一系列片状三维多孔碳材料。多孔碳材料的比表面积及微孔体积可以通过调节膜状前躯体的厚度来进行调控。所得片状三维多孔碳材料作为锂离子电池负极材料时表现出良好的电化学性能。充放电过程中,多级孔道结构有利于电解质溶液、锂离子及电子的快速扩散。材料中的微孔也可以提供较高的可逆容量。以生物质海藻酸钠为碳源,利用商品化石英砂作为模板剂,通过简单的碳化处理后,去除模板剂,获得石墨烯基多孔碳材料。海藻酸钠与石英砂的用量比对所得复合碳材料的结构具有重要影响。所得碳材料作为锂离子电池负极材料表现出良好的电化学性能,材料中的介孔孔道及较小的粒径有利于电解质溶液及锂离子的快速扩散,石墨烯结构促进电子的快速的传输。
【关键词】：海藻酸纳 石英砂 碳化处理 负极材料 锂离子电池
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;O646
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 生物质的简介9-10
• 1.1.1 生物质的基本概念9
• 1.1.2 生物质所含成分9
• 1.1.3 生物质能9-10
• 1.1.4 生物质的利用10
• 1.2 生物质基碳材料10-12
• 1.2.1 生物质基碳材料的简介10
• 1.2.2 生物质基碳材料的制备方法10-11
• 1.2.3 生物质基碳材料的应用11-12
• 1.3 锂离子电池12-14
• 1.3.1 锂离子电池的工作原理12-13
• 1.3.2 锂离子电池的优点与应用13
• 1.3.3 锂离子电池的主要组成成分13
• 1.3.4 锂离子电池的负极材料13-14
• 1.3.5 锂离子电池的负极材料——生物质基碳材料14
• 1.4 选题意义及研究内容14-18
• 1.4.1 选题意义14-15
• 1.4.2 研究内容15-18
• 1.4.2.1 生物质基片状三维多孔碳材料的制备及其电化学性能的研究15-16
• 1.4.2.2 生物质基石墨烯类多孔碳材料的制备及其电化学性能的研究16-18
• 第二章 实验部分18-22
• 2.1 实验试剂及实验仪器18-19
• 2.2 表征方法19
• 2.3 电化学性能测试19-20
• 2.4 生物质基片状三维多孔碳材料的制备20
• 2.4.1 海藻酸钠薄膜的制备20
• 2.4.2 多孔碳材料的制备20
• 2.5 生物质基石墨烯类多孔碳材料的制备20-22
• 2.5.1 海藻酸钠-石英砂前躯体的制备20-21
• 2.5.2 石墨烯类多孔碳材料的制备21-22
• 第三章 结果与讨论22-41
• 3.1 生物质基片状三维多孔碳材料的制备及其电化学性能的研究22-32
• 3.1.1 三维多孔碳材料的表征22-30
• 3.1.1.1 SEM及TEM测试分析22-25
• 3.1.1.2 FT-IR测试分析25
• 3.1.1.3 XRD测试分析25-26
• 3.1.1.4 Raman光谱测试分析26-27
• 3.1.1.5 N_2吸附/脱附测试分析27-30
• 3.1.2 电化学性能测试30-31
• 3.1.3 本研究小结31-32
• 3.2 生物质基石墨烯类多孔碳材料的制备及其电化学性能的研究结果与讨论32-41
• 3.2.1 石墨烯类多孔碳材料的表征32-37
• 3.2.1.1 SEM和TEM分析32-34
• 3.2.1.2 FT-IR分析34
• 3.2.1.3 XRD分析34-35
• 3.2.1.4 拉曼光谱分析35-36
• 3.2.1.5 N_2吸附脱附曲线和孔径分布36-37
• 3.2.2 电化学性能测试37-40
• 3.2.3 本研究小结40-41
• 第四章 结论41-42
• 参考文献42-46
• 致谢46-47

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