稻壳基C/SiO2复合物的制备及其作为锂离子电池负极材料的研究
随着信息技术的快速发展，可移动电子设备在人们的生产、生活中得到了广泛应用。锂离子电池作为多种电子设备的供电电源，因其具有可充电性、能量密度高、环境友好等优点而受到研究者的广泛关注和研究。为满足新一代电子设备对电池性能方面日益提高的需求，锂离子电池的电极改性成为当前该领域的研究热点之一。由于用作电极的传统碳材料理论比容量较低，硅材料体积膨胀效应严重，两者单独使用均无法满足现代设备对电源的需求。然而，碳/二氧化硅（C/SiO2）复合材料却可以克服它们各自的劣势，综合两者的优势，满足设备的使用需求。 稻壳中富含天然的碳水化合物和二氧化硅，经过处理的稻壳可以成为C/SiO2复合材料的前驱体，可用作制备电极材料。本文采用碳化、球磨和活化相结合的方法，从调控材料中各组分比例和材料结构两方面考虑，制备了具有优异电化学性能的C/SiO2复合材料。这主要源于：一方面，复合材料中的无定形碳可以缓解硅基材料的体积膨胀，增加材料导电性；另一方面，SiO2和活化剂发生反应，增加了材料的比表面积和微孔数量，为Li+提供了更多活性位点，进而提高锂离子电池的比容量。主要研究内容如下： （1）以稻壳作为前驱体，在惰性气体条件下将其碳化。采用了简单的变化温度的方法，研究了碳化温度对稻壳表面的含氧官能团、C的堆积程度以及无定形程度的影响规律，明确了碳化温度与C/SiO2复合材料的电化学性质的关系。研究结果表明：在最佳碳化温度下得到的C/SiO2复合材料用作锂离子电池负极材料时，表现出了优异的电化学性能：在100mAg-1的电流密度下，电极的首次比容量达到673mAh g-1，首次库伦效率为61%。同时，电极可以保持良好的循环稳定性，循环100圈后的库伦效率为99%，容量保持在425mAh g-1。 （2）在上一步研究的基础上，将最优碳化温度条件下获得的C/SiO2复合材料进一步改性，具体是将其高能球磨、活化或者两种方法相结合处理，制备出一系列不同改性方式的稻壳基C/SiO2复合材料。研究结果表明：先球磨分散、再活化处理获得的稻壳基C/SiO2复合材料表现出优异的电化学性能。在100mAg-1的电流密度下，电极的首次放电比容量为1411mAhg-1，首次库伦效率为53%。即使经过100次循环，其库仑效率也达到98%。
锂离子电池;负极材料;稻壳炭基复合材料;二氧化硅;制备工艺;导电性能
吉林大学
硕士
物理化学
田玉美
2020
中文
TM912;TM242:TM205.1
2020-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）