由农田废弃物制备炭基锂离子电池负极材料性能研究

发布时间：2020-09-22 17:39

　　碳材料是一种拥有良好发展潜力的负极材料,它具有原料丰富、价格低廉、热稳定性强、安全性能高、比表面积较大等优势。本论文通过高温热分解玉米秸秆、花生壳、核桃壳、橘皮和柚子皮五种农田废弃物制备炭材料。研究结果表明不同农田废弃物制作的炭负极材料具有明显的电化学性能差异,以玉米秸秆为原料经高温热解后制备的炭化物负极材料为片层状无定形炭具有更好的电化学性能,并以此为炭源通过高温固相法合成了Mn O(X%)@C(X=10、30、50、70、90)负极材料、Fex Oy(X%)/C(X=10、30、50、70)负极材料以及Zn Cl2活化的炭负极材料。采用玉米秸秆为炭源,以四水乙酸锰(Mn C4H6O4·4H2O)为主要材料通过高温固相法制备了Mn O(X%)@C(X=10、30、50、70、90)负极材料。主要考察了Mn O的不同用量对Mn O(X%)@C负极材料的电化学性能所产生的作用。实验结果表明未加Mn O的炭负极材料比容量较低,随着Mn O的用量逐渐增加,Mn O(X%)@C负极材料在不同倍率下的比容量大致上逐渐增大。这说明加入Mn O能使炭负极材料的比容量明显提升越高。XRD分析结果表明:合成的负极材料为Mn O晶体和炭化物的复合物。分别采用玉米秸秆、核桃壳高温热解后所得的炭化物作为炭源,Zn Cl2作为活化物质,通过高温固相法制备CZn Cl2(X%)负极材料。实验数据显示,Zn Cl2的用量越高,制备得到的炭负极材料的电化学性能越好,其中CZn Cl2(40%)负极材料具有较高的比容量、良好的倍率性能、优秀的循环稳定性、最小的电荷转移电阻和Warburg电阻(Zw)。以玉米秸秆为炭源,加入不同用量的柠檬酸铁(Fe C6H5O7·5H2O),并通过高温固相法制备Fex Oy(X%)/C(X=10、30、50、70)负极材料,考察Fex Oy用量对Fex Oy(X%)/C负极材料的电化学性能的影响。电化学性能分析表明:随着Fex Oy用量增大,相应负极材料的容量保持率慢慢增高、不同倍率下的放电比容量慢慢增大,由此可说明Fex Oy适合用作锂离子电池负极材料。XRD分析结果表明:合成的负极材料为铁氧化物和炭化物的复合物。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X712;TM912
【部分图文】：

锂离子电池,工作原理图

化合物的电极材料。其中我们常见的有石墨、碳纤维和一些重要的金属氧化物等。（3）电解液采用 LiPF6的碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）和碳酸二甲酯（DMC）溶液（EC、EMC 和 DMC 的体积比为 1:1:1）。（4）隔膜采用聚烯微多孔膜。如 PE、PP 或复合膜，特别要提的是 PP/PE/PP三层隔膜不但熔点较小，并且拥有很强的抗穿刺能力，从而产生热保险的功能。（5）一般情况下，我们的外壳会使用钢或者铝材料，盖体零件和配件也有一定的防爆断电等优良的功能。以 LiCoO2为正极材料，石墨为负极材料举例，发生如下电极反应：正极：极： 5充电放电极t： 5 + 极 + Rt负极：6C 极 + Rt充电放电极：6总反应：极： 5 +6C充电放电极t： 5 + 极：6

充放电曲线,充放电曲线,倍率,样品

3.3.1 炭负极材料的电化学性能的研究3.3.1.1 炭源样品的炭用量分析不同炭源样品在煅烧前后质量大大减少，这是由于有机炭源在高温下进行分解，分解为相关气体，以气体的形式跑掉了，从而质量发生很大变化。本章中炭用量的计算公式为：C%=m2/m1×100%，其中 m1、m2 分别为煅烧前和煅烧后的质量，具体数据如表 2.1 所示，玉米秸秆的炭用量最高，柚子皮的炭用量最低。表 3.1 不同炭样品的炭用量炭化物 m1/g m2/g C 用量C1（核桃壳） 1 0.27 27%C2（花生壳） 1 0.24 24%C3（玉米秸秆） 1 0.29 29%C4（橘皮） 1 0.22 22%C5（柚子皮） 1 0.20 20%3.3.1.2 不同炭负极材料的充放电性能分析

充放电曲线,放电比容量,倍率,炭负极材料

由农田废弃物制备炭基锂电池负极材料性能研究（玉米秸秆）的不可逆容量损失率最小，可逆比容量最高；C1（核桃壳）的放电比容量最高；C4（橘皮）、C5（柚子皮）相比于 C1（核桃壳）、C2（壳）其首次放电比容量和充电比容量都最低。这表明不同样品制备的炭材料能有明显差异。图 3.1b 为样品在 0.1C 倍率下的第二次充放电曲线图，从图可明显看出样品 C3（玉米秸秆）的充电比容量高，C1（核桃壳）次之。综合样品的充放电比容量和样品的容量损失率，样品 C3（玉米秸秆）具有良好的学性能。图 3.2 为不同样品在不同倍率下的放电比容量图。五个供试验品都是在 02C、0.5C、1C、2C、3C 和 5C 七个倍数以下依次进行充放电测试。从 0.1C，C1、C2 以及 C3 样品的放电比容量衰减都严重，之后从 1C 至 5C，放电比

【参考文献】