可膨脹微球基活性炭與硅-碳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究.pdf

1、超級電容器的功率密度高、循環(huán)壽命長并可快速充放電，而鋰離子電池具有電壓高、安全性能好、工作溫度范圍寬等優(yōu)點，兩者是目前發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的新型電化學(xué)儲能器件。而電極材料是影響以上兩種儲能器件性能的關(guān)鍵因素，因此，如何設(shè)計、制備具有更高性能且生產(chǎn)成本更低的新型電極材料，是近年來電化學(xué)能量存儲系統(tǒng)研究的熱點問題。
　　可膨脹微球是一種已被廣泛應(yīng)用于印刷油墨、鞋底、紙制產(chǎn)品的固化劑等領(lǐng)域的商品化聚合物微球體，它具有獨特的核-殼結(jié)構(gòu)以及受

2、熱膨脹的特殊屬性。本文以可膨脹微球為核心材料，通過簡易高效的方法制備了多孔活性炭材料及中空結(jié)構(gòu)硅/碳復(fù)合材料，并研究了這兩種材料分別作為超級電容器和鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　1.以可膨脹微球為碳前驅(qū)體，通過對其進(jìn)行炭化-活化處理，制備出具有一定孔道結(jié)構(gòu)且比表面積較大的多孔活性炭，并考察了其作為雙電層超級電容器電極材料時，不同活化劑比例和不同活化溫度對其電化學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：實驗所制備的

3、活性炭呈不規(guī)則的中空結(jié)構(gòu)殼體，具有微孔和介孔結(jié)構(gòu)。在活化劑KOH與原始碳材料（C-EMs）的質(zhì)量比為3:1，700℃活化時，樣品的比表面積可達(dá)1387 m2 g-1，孔容為0.686 cm3 g-1，其所含微孔集中分布在0.7~1 nm，且孔徑在2.3~5 nm之間的介孔的分布較為均勻，并具有優(yōu)異的電化學(xué)性能：在電流密度為1 Ag-1時，其比電容為236 F g-1，10000次循環(huán)后的容量保持率為95％；當(dāng)電流密度提升20倍后，其比電

4、容值為172 F g-1，容量保持率為73%。
　　2.以可膨脹微球和納米硅粉為實驗原料，通過一步熱解法制備了具有中空結(jié)構(gòu)的硅/碳復(fù)合材料，并考察了其作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。材料表征結(jié)果顯示，硅/碳復(fù)合材料的主要物相為晶體硅與無定型碳，其中，碳?xì)こ什灰?guī)則的中空結(jié)構(gòu)，其外表面有凸起褶皺，一部分納米硅顆粒嵌入于碳?xì)さ鸟薨欀?，另一部分落于中空碳?xì)さ目招那惑w中。電化學(xué)測試結(jié)果表明，可膨脹微球與納米硅粉的配制比例為7.5:1，炭