中間相炭微球在鋰-鈉離子電池中的電化學(xué)性能研究.pdf

1、作為一種典型的軟碳材料，經(jīng)石墨化后的中間相炭微球（MCMB）作為負(fù)極材料在鋰離子電池中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。與石墨化后的MCMB相比，在較低溫度下處理得到的MCMB，層間距較大，更有利于鋰/鈉離子在充放電過(guò)程中的嵌入與脫出，有望成為理想的鋰/鈉離子電池負(fù)極材料。本文在700℃和1000℃下對(duì)MCMB進(jìn)行了碳化，得到MCMB700和MCMB1000。研究了MCMB700作為負(fù)極材料在鈉離子電池中的電化學(xué)性能，并對(duì)其儲(chǔ)鈉機(jī)理進(jìn)行了探究。為了更進(jìn)

2、一步地探究MCMB的儲(chǔ)能機(jī)理，對(duì)MCMB1000在鋰/鈉離子電池中的電化學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比研究，并以MCMB1000在鋰離子電池中的儲(chǔ)鋰機(jī)理為基礎(chǔ)探討了其儲(chǔ)鈉機(jī)理。
　　在700℃下處理的MCMB由大量石墨微晶組成，其層間距約為0.357nm，高度約為1.61nm。將MCMB700用做負(fù)極材料組裝成鈉離子電池時(shí)，展現(xiàn)出了優(yōu)良的電化學(xué)性能。在25mA g-1下，首次充電容量為232mAh g-1，循環(huán)60圈后，可逆容量變?yōu)?61mAh

3、 g-1。在循環(huán)過(guò)程中，鈉離子表現(xiàn)出良好的嵌入/脫出可逆性，這得益于MCMB700內(nèi)部的微晶結(jié)構(gòu)和和外部獨(dú)特的球形層狀結(jié)構(gòu)。XRD和拉曼測(cè)試的結(jié)果表明，該負(fù)極材料主要通過(guò)鈉離子插入到石墨微晶的片層結(jié)構(gòu)中來(lái)存儲(chǔ)能量。
　　在1000下碳化得到的MCMB1000與MCMB700相比，結(jié)晶度更高，缺陷結(jié)構(gòu)更少，更有利于在微觀結(jié)構(gòu)層面分析材料的儲(chǔ)能機(jī)理。將MCMB1000在鋰/鈉離子電池中的電化學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比研究。在電流密度為20mA

4、g-1時(shí)， MCMB1000在鋰/鈉離子電池中的首次充電比容量為445/180mAh g-1，循環(huán)50圈后，可逆容量變?yōu)?18/180mAh g-1，可逆容量保持率分別為71.5％和68.3%。
　　MCMB1000在鈉離子電池中表現(xiàn)出了良好的可逆容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。然而，MCMB1000的儲(chǔ)鈉容量不如儲(chǔ)鋰容量高，主要是由于鈉離子的半徑比鋰離子半徑大，鈉離子插入到碳層中比鋰離子插入到碳層中要困難，最終導(dǎo)致MCMB1000在鈉離