新型炭氣凝膠微球的制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用.pdf

1、炭凝膠具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，是一種多孔性材料，其多孔率高達(dá)80％～99.8％，孔洞尺寸一般＜50nm，比表面積高達(dá)200～1200m2/g。因?yàn)槌驳慕Y(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，炭氣凝膠在很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在電極材料方面已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段，最近有研究將炭氣凝膠或炭氣凝膠改性應(yīng)用在鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，取得了很好的效果，這也是本論文的主要工作之一。 在本課題中，主要合成了四種炭氣凝膠微球：間苯二酚和甲醛為前驅(qū)體的RF炭氣凝膠微球，納米硅粉摻雜的

2、RF炭氣凝膠/硅復(fù)合材料，2，4-二羥基苯甲酸和甲醛為前驅(qū)體的DF炭氣凝膠微球，F(xiàn)e催化石墨化的DF炭氣凝膠微球。使用表面活性劑、攪拌等，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行裁減，合成制備出新型的有機(jī)氣凝膠微球和炭氣凝膠微球。經(jīng)過(guò)測(cè)試表明，所合成出的有機(jī)氣凝膠具有規(guī)則的球形形貌，其顆粒的大小尺度在幾個(gè)μm到100μm之間。隨后的炭化后所得到的最終炭氣凝膠產(chǎn)物也仍然保持住了原來(lái)有機(jī)氣凝膠的球形形貌。分析了炭氣凝膠微球的形成機(jī)理，認(rèn)為微球的形成是發(fā)生在溶膠-凝膠反應(yīng)

3、過(guò)程中，由于表面效應(yīng)，液滴自動(dòng)組裝形成球形形貌并最終保持下來(lái)。干燥條件對(duì)炭氣凝膠微球的形貌有很大影響，只有經(jīng)過(guò)超臨界干燥的樣品才能夠保持住規(guī)則的球形度。條件試驗(yàn)表明，催化劑濃度對(duì)顆粒大小的分布有很大影響，隨著催化劑濃度的增高，炭氣凝膠微球顆粒直徑逐漸增大。另外，炭化也使氣凝膠微球顆粒發(fā)生很大的收縮。 通過(guò)離子交換法，在炭氣凝膠微球中引入了Fe，對(duì)材料進(jìn)行催化石墨化。結(jié)果表明，經(jīng)催化石墨化的炭氣凝膠具有非常規(guī)則、有序的石墨化條紋，

4、其層間距0.337nm，接近石墨的理論值。DSC測(cè)試結(jié)果表明，F(xiàn)e的催化作用主要是發(fā)生在626℃以上，主要是Fe從炭基體中的“溶進(jìn)溶出”作用，使材料由原來(lái)的無(wú)定形結(jié)構(gòu)向有序的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。Fe的摻入同時(shí)也會(huì)使材料的多孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 純的RF炭氣凝膠微球在鋰離子電池中的首次容量高達(dá)817mAh/g，然而由于巨大的比表面積，其首次存在較大的不可逆容量損失。為此，我們將納米硅粉摻入到炭氣凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之中，制備出炭/硅復(fù)合材料。取得了良