煤系针状焦的结构调控及其储能性能的研究
随着社会的快速发展，大规模储能器件的消费量大大增加，由于锂离子电池存在锂元素储备有限，价格上涨等缺点，有必要寻找新的替代性储能技术。储量丰富且拥有高电压和高能量密度的钾离子电池作为一种有前途的替代技术且引起了广泛的关注。 本文采用煤基针状焦作为钾离子电池负极材料，对其酸洗纯化后探究其作为钾离子半电池负极材料的电解质配置，在醚类电解液中，针状焦负极的倍率性能和循环性能均较差，而在0.5MKPF6-EC/DEC电解液中在0.05Ag-1下可逆容量为275mAhg-1，0.5Ag-1下循环500圈后拥有115mAhg-1的可逆容量，容量保持率为77％。针状焦负极在低浓度KPF6盐电解液中在小电流下具有最好的储钾性能，而高浓度在大电流下拥有较好的性能，在KFSI电解质盐中，高浓度电解质在大电流下针状焦负极同样表现出相对较好的性能，而在小电流密度下浓度对性能的影响微乎其微。 用KMnO4和KOH对针状焦进行活化造孔，通过控制活化剂的用量探究活化剂对针状焦结构的影响，结果表明KOH对针状焦基软碳材料没有明显的作用，而KMnO4能对针状焦起到很好的造孔作用。层间距由约0.345nm增大至约0.350nm，且形成介孔-大孔共存的层状结构，比表面积达到6.6m2g-1。KMnO4与针状焦的质量比达到4时活化负极材料的储钾性能明显改善，首圈库伦效率达到51.6％,在2Ag-1下可逆容量达到74mAhg-1，0.5Ag-1下循环500圈后仍然拥有139mAhg-1的可逆容量。 采用“扩层+掺杂”的方法对针状焦层间距和掺杂原子进行调控，用改进的Hummer法对针状焦进行氧化扩层，球磨扩层针状焦后在不同温度下热还原氧化针状焦，同时引入氮源、磷源，使氮磷原子掺入碳结构中。“扩层+掺杂”的方式得到的针状焦层间距达到约0.368nm，比表面积达到21.2m2g-1。通过控制还原氧化针状焦的温度，500℃还原得到的针状焦表现出极佳的倍率性能，在5Ag-1下仍然拥有87mAhg-1的可逆容量，同时，900℃还原得到的针状焦在1Ag-1下循环500圈后容量保持率高达96％，表现出极佳的循环性能。
钾离子电池;针状焦;结构调控;碳纳米笼;多孔碳;负极材料
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
李敏
2021
中文
TM912.9
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）