【摘 要】
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石墨材料作为目前商业化最成熟的锂离子电池负极材料之一,仍然面临着理论容量较低(372 mAh/g)等问题。因此,寻找和发开新型的负极材料,仍是一项极有意义的研究。生物质具有来源广泛、成本低廉、绿色环保、可再生等优点,用其制备的碳材料已被广泛用于水处理、气体吸附、超级电容器等领域。另外,过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料,具有较高的理论比容量,但循环性能差。本文以此为思路,将生物质碳材料和金属氧化
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石墨材料作为目前商业化最成熟的锂离子电池负极材料之一,仍然面临着理论容量较低(372 mAh/g)等问题。因此,寻找和发开新型的负极材料,仍是一项极有意义的研究。生物质具有来源广泛、成本低廉、绿色环保、可再生等优点,用其制备的碳材料已被广泛用于水处理、气体吸附、超级电容器等领域。另外,过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料,具有较高的理论比容量,但循环性能差。本文以此为思路,将生物质碳材料和金属氧化物进行复合,期望制备出具有良好电化学性能的锂离子电池负极材料。第一部分采用玉米秆芯作为碳源,FeCl3为铁源,分别通过水热-高温碳化两步法和一步碳化法制备了 Fe3O4/C-1和Fe3O4/C-2两种复合材料。并且考察了 FeCl3浓度对复合材料结构性能的影响。通过SEM图观察到1 mol/LFeC13前驱体制备的1-Fe3O4/C-1复合材料中Fe3O4的粒径在1μm,并且颗粒有明显的团聚。而1-Fe3O4/C-2中的Fe3O4的粒径8 μm。通过BET分析,1-Fe3O4/C-1比表面积可达605.5 m2/g,而1-Fe3O4/C-2比表面积仅达402 m2/g。电化学性能结果显示,1-Fe3O4/C-1表现出了优异的电化学性能和倍率性能,其在100 mA/g电流密度下的比容量可达960 mAh/g,并且在电流密度为500 mA/g的电流密度下循环500圈材料的比容量仍能达到390.5 mAh/g,而1-Fe3O4/C-2的比容量在100 mA/g电流密度下仅达220 mAh/g。1-Fe3O4/C-1优良的电化学性能,归因于玉米秆芯碳材料较大的比表面积为Fe3O4提供了更多的附着位点,水热法制备的Fe3O4颗粒较小,降低了其在充放电过程中的体积变化,同时,也降低了 Li+的传输阻力。第二部分采用洋葱皮为碳源,Co(NO3)2·6H2O为钴源,通过水热碳化法制备了洋葱皮碳/Co3O4复合材料,并比较了洋葱皮碳材料活化前后以及不同浓度的Co(NO3)2·6H2O对复合材料的影响。通过SEM图观察到活化后的洋葱皮的厚度更薄达0.80 μm,而直接碳化形成的洋葱皮的厚度1.2 μm。当硝酸钴溶液浓度为1 mol/L时,活化碳制备的1-Co3O4/C-1的比表面积可达702.2 m2/g,而1-Co3O4/C-2的比表面积仅有100.2 m2/g。电化学测试表明,在100 mA/g的电流密度下,1-Co3O4/C-1具有最高的比容量可达1200 mAh/g,而 1-Co3O4/C-2 仅有 502 mAh/g。在 2000 mA/g 电流密度下循环 500 圈,1-Co3O4/C-1的比容量可达500 mAh/g,材料保留率达70.4%。交流阻抗测试结果显示,]-Co3O4/C-1比1-Co3O4/C-2具有更小的阻抗。1-Co304/C-1优良的电化学性能一方面得益于KOH活化的碳材料具有丰富的微孔介孔以及较大的比表面积,同时较薄的碳层也提高了复合材料的导电性能;另一方面,复合材料含有大量的Co3O4,能够存储较多的Li+,为复合材料较高的比容量产生了重要作用。
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