收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

阿拉伯树胶基碳材料的制备及其在可充电电池中的应用

王武强  
【摘要】:随着新能源电动汽车等领域的飞速发展,亟需开发高性能储能材料,以满足人们对这些领域储能和功能系统日益增强的需求和要求。化学电源是最受关注和最具应用前景的储能、功能系统。已经商业化的锂离子二次电池以及具有应用前景的钠离子电池、锂硫电池等可充电电池,备受研究者和使用者的青睐。然而,决定这些可充电电池性能的电极材料仍然面临着可逆比容量偏低等诸多问题,亟需开发出低成本、高能量密度的电极材料。碳材料具有较低的嵌锂电位,可缓减避免了锂枝晶的沉积;还具有良好的导电性,有利于电子和离子的快速迁移,提高电池电化学性能。生物质作为碳材料原料,具有绿色环保、来源广泛等诸多优点,极具应用前景和经济价值。本论文选取价格低廉的生物质——阿拉伯树胶为碳源,研究其制备工艺及参数对碳材料形貌、结构的影响规律并优化,考察所得材料在锂离子电池、钠离子电池以及锂硫电池中电化学性能,并进行构效关系研究,以获得具有良好电化学性能的碳基材料。主要研究结果如下:1.阿拉伯树胶基碳材料制备工艺优化及其电化学性能研究。以阿拉伯树胶(Gum Arabic)为碳源,以氯化锌为活化剂,采用高温热解碳化方法,考察并优化煅烧温度、原料配比等制备工艺参数对碳材料形貌和结构的影响规律,制备得到一系列碳硫复合材料和碳负极材料,研究了其电化学性能和构效关系。实验结果表明:当氯化锌与阿拉伯树胶质量加入比为3:1、热解碳化温度为800℃时得到的多孔碳材料具有最优的电化学性能。作为锂离子电池负极材料时,在200 mA g~(-1)电流密度下,首次可逆比容量为610.5 mAh g~(-1),循环200次后的可逆比容量为357.3 mAh g~(-1),容量保持率为58.5%。作为钠离子电池负极材料时,在200 mA g~(-1)电流密度下,首次可逆比容量为93.0 mAh g~(-1),循环100次后的可逆比容量为100.5 mAh g~(-1),容量保持率为108.1%。将其与单质硫经155℃312 h+180℃312 h处理得到含硫70 wt.%的碳硫复合材料,作为锂硫电池正极材料时,在200mA g~(-1)电流密度下的首次可逆比容量为997.7 mAh g~(-1),循环200圈后的可逆比容量为268.9 mAh g~(-1);当在1000 mA g~(-1)大电流密度下循环700圈后可逆比容量仍有192.1 mAh g~(-1)。总之,良好的电化学性能归因于碳基材料发达的多孔结构和高比表面积有利于锂离子快速传输。2.阿拉伯树胶基碳材料的改性研究。以阿拉伯树胶为碳源、硫脲(CN_2H_4S)为氮源和硫源、硝酸铁(Fe(NO_3)_3·9H_2O)为石墨化促进剂、二氧化硅(SiO_2)为结构模板,采用高温热解碳化方法制备得到氮/硫共掺杂多孔碳复合材料,考察了煅烧温度、氮硫量、石墨化剂以及原料配比等制备工艺参数对其形貌、结构及作为锂/钠离子电池负极材料使用时的电化学性能的影响规律。实验结果表明:当将阿拉伯树胶、硫脲、硝酸铁、二氧化硅以质量比为1:4:1:4混合均匀后,经800℃煅烧处理得到的氮/硫共掺杂多孔碳复合材料具有最优的电化学性能。作为锂离子电池负极材料时,在200 mA g~(-1)电流密度下,首次可逆比容量为938.7 mAh g~(-1),循环200圈后的可逆比容量为1172.6 mAh g~(-1),容量保持率为124.9%;在500 mA g~(-1)电流密度下,循环350圈的可逆比容量为769.2 mAh g~(-1);倍率测试显示在100mA g~(-1)的电流密度下,首次可逆比容量为1096.8 mAh g~(-1),当回到100 mA g~(-1)电流密度时,可逆比容量为1048.0 mAh g~(-1)。作为钠离子电池负极材料时,在100 mA g~(-1)电流密度下,首次可逆比容量为342.5 mAh g~(-1),循环200次后的可逆比容量为269.4 mAh g~(-1)。将其与单质硫经155℃312 h+180℃312 h处理得到含硫70wt.%的氮/硫共掺杂多孔碳硫复合材料,作为锂硫电池正极材料时,在200 mA g~(-1)电流密度下,首次充放电比容量分别为965.9/975.7 mAh g~(-1),循环200圈后的充放电容量分别为178.4/177.9 mAh g~(-1),其容量保持率仅为18.5%。良好的电化学性能归因于氮和硫掺入增加了材料的活性位点,从而使得储锂/钠位点增多。3.阿拉伯树胶基碳材料包覆硫化钴的制备工艺优化及其电化学性能研究。以阿拉伯树胶为碳源、氯化钴为钴源、硫代乙酰胺为硫源,采用一步水热和高温热解法制备得到碳包覆硫化钴(CoS_x@C)复合材料,考察了水热时间、碳包覆量、煅烧温度等制备工艺参数对其形貌、结构及作为锂/钠离子电池负极材料使用时的电化学性能的影响规律。实验结果表明:当阿拉伯树胶、氯化钴、硫代乙酰胺以3:1:3质量比混合后,经200℃312 h水热处理后于800℃高温碳化得到的碳包覆硫化钴复合材料具有最优的电化学性能。作为锂离子电池负极材料时,在100mA g~(-1)电流密度下首次可逆比容量为1110.5 mAh g~(-1),循环60圈后的可逆比容量为909.7 mAh g~(-1),容量保持率为81.9%;在500 mA g~(-1)大电流密度下,首次可逆比容量为710.2 mAh g~(-1),循环330圈后的可逆比容量为789.8 mAh g~(-1)。作为钠离子电池负极材料时,在100 mA g~(-1)电流密度下,首次充放电比容量分别为531.9/885.3 mAh g~(-1),首次库伦效率为60.1%,循环60圈后的可逆比容量为12.3mAh g~(-1),容量保持率为23.1%。将其与单质硫经155℃312 h+180℃312 h处理得到含硫70 wt.%的碳包覆硫化钴/硫复合材料,作为锂硫电池正极材料时,在500 mA g~(-1)电流密度下,首次充放电比容量分别为223.9/289.4 mAh g~(-1),循环100圈后的可逆比容量仅为59.9 mAh g~(-1)。良好的电化学性能归因于原位包覆碳有利于限制CoS_x的体积膨胀和增加复合材料的导电性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 李元亨;;论述锂离子电池中石墨烯及复合材料的应用[J];科学大众(科学教育);2016年11期
2 余志强;;锂离子电池负极材料研究进展[J];宁波化工;2014年02期
3 李求忠;颜桂炀;陈巧平;;Ni(OH)_2/C作为锂离子电池负极材料的研究[J];化学世界;2015年04期
4 贾旭平;陈梅;;钠离子电池电极材料研究进展[J];中国电子科学研究院学报;2012年06期
5 ;异军突起的固体锂离子可充电电池——新出现的固体锂离子可充电电池与液体锂离子电池和镍基电池展开激烈竞争[J];电子产品世界;1996年04期
6 董桑林,罗江山,刘人敏,吴国良;石油焦用作锂离子电池负极[J];电池;1995年06期
7 惠康龙;傅继澎;高湉;唐明学;;金属硫化物在可充电电池中的研究进展[J];应用化学;2020年12期
8 ;“两高”水性可充电电池问世 比锂离子电池更安全、更便宜[J];汽车零部件;2020年12期
9 韩绍昌;张维华;范长岭;张翔;曾滔滔;李玲芳;;硼酸对硬炭基负极的结构和电化学性能的影响[J];湖南大学学报(自然科学版);2015年12期
10 薛建军,唐致远,荣强;软包装锂离子电池性能研究[J];天津大学学报;2004年07期
11 贺耀磊;杜佳宁;张萍;袁光辉;;水系锂离子电池的装配工艺对电化学性能的影响研究[J];安康学院学报;2019年03期
12 ;世界传真[J];电子产品世界;2010年Z1期
13 高玲,仇卫华,赵海雷;Li_4Ti_5O_(12)作为锂离子电池负极材料电化学性能[J];北京科技大学学报;2005年01期
14 段连生;江雪娅;王石泉;但美玉;冯传启;;CuWO_4的合成及其电化学性能研究[J];电源技术;2013年12期
15 李亚娟;胡文胜;刘斌;;锂离子电池金属氧化物负极材料的研究进展[J];电子制作;2013年07期
16 潘广鑫;;MOFs及其复合材料在锂离子电池中的应用[J];能源研究与利用;2020年02期
17 姜倩倩;马聪;王兴尧;唐致远;;锰酸锂合成方法的研究进展[J];化学工业与工程;2013年02期
18 叶群丽;;锂离子电池正极材料的电化学性能研究进展[J];职业教育与区域发展;2015年04期
19 梁莉;李琪;乔庆东;李萍;;锂离子电池正极材料镍酸锂研究进展[J];无机盐工业;2007年09期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 张卫新;;高比容量锂离子电池电极材料的设计、制备与电化学性能调控[A];第五届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2018年
2 张自禄;卢嘉春;;磷酸亚铁锂的合成及电化学性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
3 张卫新;;高比容量锂离子电池电极材料介尺度结构演化过程机制与性能调控[A];2017储能材料与能量转换技术专题会议摘要集[C];2017年
4 王明;覃思成;王超梁;张菁;;隔膜特性对锂离子电池电化学性能的影响[A];第十八届全国等离子体科学技术会议摘要集[C];2017年
5 敖翔;李艺;王春栋;;螺旋状介孔碳质纳米管超高比容量锂离子电池设计[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
6 魏晓娟;周泽平;陈枫;赵正平;范萍;杨晋涛;钟明强;;二硫化钼复合材料的制备及其电化学性能的研究[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题I:能源高分子[C];2017年
7 姜博仑;曾诗;艾新平;;硅基负极发展策略探讨[A];第31届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2015年
8 章明;袁华堂;焦丽芳;王永梅;;铝掺杂对Li[Ni_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)]O_2结构和电化学性能影响的研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
9 赵海雷;林久;仇卫华;李玥;;钒掺杂对Li_4Ti_5O_(12)结构及电化学性能的影响[A];华北地区硅酸盐学会第八届学术技术交流会论文集[C];2005年
10 熊利芝;彭良斌;费讲驰;何则强;;锂离子电池用LiVOPO_4@C复合材料的制备与电化学性能[A];2012年全国冶金物理化学学术会议专辑(上册)[C];2012年
11 李述中;李超;时景仙;王涛;张玉亮;杨书廷;;磷酸亚铁锂材料的电化学性能改进[A];第七届全国磷化学化工暨第四届海峡化学生物学、生物技术与医药发展讨论会论文集[C];2006年
12 赵海南;魏英进;;高比容量正极材料(NH_4)_xV_2O_5·nH_2O在水系锌电池体系中的研究[A];第33届全国化学与物理电源学术年会摘要集[C];2019年
13 刘亚涛;王振宇;张泽;潘桂玲;刘胜;李国然;高学平;;钴酸镍构筑高体积比容量的硫基复合材料[A];第33届全国化学与物理电源学术年会摘要集[C];2019年
14 张莹;唐致远;;锂离子电池锑基负极材料研究进展[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
15 孙维祎;于川茗;梁静;陶占良;陈军;;花状二硫化钼的制备及锂离子电池性能的研究[A];第七届全国物理无机化学学术会议论文集[C];2016年
16 郭青鹏;韩喻;王珲;谢凯;;锂离子电池用高安全性离子液体基凝胶电解质的设计和性能研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十九分会:电化学材料[C];2016年
17 卢志威;彭庆文;许寒;刘兴江;;锂离子电池硅基负极材料表面掺杂研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
18 赵艳茹;汤艳萍;吴东清;冯新亮;;石墨烯基二氧化硅/硫化钼复合材料的制备及锂电性能研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
19 王力臻;王坤;张凯庆;;磷酸锰锂的制备及其电性能研究[A];河南省化学会2010年学术年会论文摘要集[C];2010年
20 周恒辉;祁丽亚;信跃龙;杨程凯;吴恺;;构建自支撑柔性高能密度锂离子电池电极[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十分会:化学电源[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 周建斌;硅、磷基纳米材料的结构设计与制备及其电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2017年
2 胡梅娟;金属氧化物基锂/钠离子电池负极材料制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2014年
3 杨旭;高比容量锡基负极材料的合成与电化学储能性质的研究[D];吉林大学;2016年
4 陈泰强;锂/钠离子电池碳基负极材料研究[D];华东师范大学;2015年
5 翟艳军;铁基和钴基氧化物微纳结构材料的制备及其电化学性能研究[D];山东大学;2016年
6 杜雪飞;高比容量锂离子电池电极材料制备及电化学性能的研究[D];北京科技大学;2017年
7 夏青;锂离子电池氧化物负极材料的制备与电化学性能研究[D];北京科技大学;2016年
8 邹崴;钠/锂离子电池负极材料的制备与改性研究[D];电子科技大学;2016年
9 马春荣;锂/钠离子电池高容量负极材料的制备及其电化学性能研究[D];上海交通大学;2019年
10 徐晖;锂、钠离子电池多级结构负极材料的设计、构建与性能研究[D];东南大学;2019年
11 胡乔;磷酸盐体系锂/钠离子电池电极材料的制备与表征[D];中国科学技术大学;2020年
12 谷芳;锂离子电池负极材料钛酸锂的制备与改性及其电化学性能[D];哈尔滨工业大学;2013年
13 李爱华;硼酸盐和有机共轭羰基类纳米材料的合成及其半/全电池性能研究[D];山东大学;2017年
14 曹海亮;利用氧化石墨烯制备具有二维多孔结构的锂离子电池负极材料[D];中国科学院宁波材料技术与工程研究所;2016年
15 袁天执;高性能金属氧化物基锂离子电池负极材料的制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2016年
16 贺艳兵;高功率锂离子电池电化学性能和安全性能的研究[D];天津大学;2010年
17 刘厚彬;锂离子电池电极材料石墨烯以及磷酸铁锂的制备与电化学性能研究[D];天津大学;2014年
18 王贝贝;过渡金属化合物—碳类复合材料的制备及其锂/钠离子电池性能研究[D];西北大学;2017年
19 于洋;铁基氧化物及其碳复合材料的合成、表征与电化学性能研究[D];中国科学技术大学;2013年
20 孙自许;硅基锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];中国科学院宁波材料技术与工程研究所;2016年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王武强;阿拉伯树胶基碳材料的制备及其在可充电电池中的应用[D];西北师范大学;2020年
2 刘鑫;微纳结构钒酸盐的制备和电化学性能研究[D];福州大学;2016年
3 赵鹏;红磷基锂离子电池负极材料的制备及其性能研究[D];燕山大学;2015年
4 刘厚彬;石墨烯的合成及复合材料电化学性能研究[D];天津大学;2011年
5 樊书婷;锂/钠离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];青岛大学;2020年
6 刘珍红;高容量锂离子电池硅负极材料及其电化学性能研究[D];南昌大学;2017年
7 孙杰;对锂离子电池用阴极材料的研究[D];郑州大学;2001年
8 李昇;基于动力学调控制备一维棒状锂离子电池锰基电极材料及其电化学性能研究[D];合肥工业大学;2017年
9 张培根;几种过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备与电化学性能[D];安徽大学;2016年
10 潘广鑫;铜镍双金属配合物的制备、改性以及电化学性能研究[D];沈阳工业大学;2020年
11 班月琴;硅基锂离子电池负极复合材料的制备及性能研究[D];青岛大学;2016年
12 蒋锋;锰基材料及其复合物的制备与电化学性能研究[D];湘潭大学;2014年
13 郑彦龙;硫化锆的合成及其在锂离子电池中的应用研究[D];长春理工大学;2017年
14 王挺;锂离子电池硅/碳复合负极材料的制备及其性能研究[D];北京化工大学;2015年
15 李志鹏;新型高效的锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能研究[D];南昌大学;2016年
16 陈胜尧;水系可充锂离子电池嵌锂化合物的修饰及电化学性能研究[D];南京航空航天大学;2009年
17 白永保;氧化镍、介孔炭的掺杂与电化学性能研究[D];兰州理工大学;2020年
18 李程;锂离子电池硅基复合负极材料的制备及电化学性能研究[D];北京化工大学;2019年
19 马艳;球形硅基负极材料的制备与电化学性能研究[D];西南石油大学;2019年
20 邱彬;过渡金属硫化物(MoS_2,CoS_2)的合成与电化学性能研究[D];北京工业大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 通讯员 周伟 本报记者 金凤;“两高”水性可充电电池问世 比锂离子电池更安全、更便宜[N];科技日报;2020年
2 王小龙;新电解质可杜绝锂离子电池短路问题[N];科技日报;2015年
3 张长海;锂离子电池材料研究呼之欲出[N];中国有色金属报;2002年
4 华凌;美研制出可喷涂在物体表面的锂离子电池[N];科技日报;2012年
5 记者 房琳琳;锂离子电池爆炸首次被实时“追踪”[N];科技日报;2015年
6 记者 张玉来;我制成锂离子电池[N];人民日报;2000年
7 王文安;打造全球领先的新能源汽车锂离子电池产业基地[N];晋中日报;2019年
8 整理 贡晓丽;超薄锂离子电池用处大[N];中国科学报;2018年
9 本报记者 赵凤莉 通讯员 刘朝辉;石墨市场拓展新兴领域正当时[N];中国化工报;2013年
10 记者 李琮;高端锂电隔膜制造难题攻克[N];中国化工报;2014年
11 本报记者 李闻芝;隔膜业勿“跑马圈地”扎堆低端[N];中国化工报;2014年
12 记者 李闻芝;首个锂电隔膜国标明年出台[N];中国化工报;2013年
13 钱桂敬 中国轻工业联合会副会长 中国塑料加工工业协会理事长;实现隔膜产业链协同发展[N];中国化工报;2015年
14 邵宏;投资锂化学品仍须谨慎[N];中国化工报;2015年
15 本报见习记者 郭勉愈;锂离子电池成投资界关注焦点[N];科学时报;2011年
16 汪维斌;新能源锂离子电池5G新材料项目落户武宁[N];九江日报;2020年
17 记者 王文 通讯员 张开虎 印广芳;正崴新能源:超低温锂离子电池中试生产线投产[N];连云港日报;2019年
18 史俊庭 叶煜;河南工业大学 高性能锂离子电池复合材料研制成功[N];中国科学报;2018年
19 记者 黄辛;中科院上海硅酸盐所等 研制出新型耐高温锂离子电池隔膜[N];中国科学报;2017年
20 本报记者 董添;博力威拟投资锂离子电池等项目[N];中国证券报;2020年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978