多孔碳球、碳纖維制備和電化學性能研究.pdf

1、多孔碳材料因具有更加有效的充放電路徑，比較好的導電性和大量的鋰存儲的活性部位等優(yōu)點，將其用作鋰離子電池的負極材料具有較優(yōu)異的的電化學性能。傳統(tǒng)的制備多孔碳纖維/球的方法需要對材料進行活化處理，其中包括復雜的物理和化學處理工藝。而靜電紡絲/靜電噴霧是一種相對而言更為簡單、經濟有效的新型制備方法。我們用經濟環(huán)保的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)取代聚丙烯腈原料(PAN)作為碳的前驅體，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作為造孔劑，通過三步熱處理工藝制備

2、多孔碳纖維/球。這此過程中，需要綜合考慮兩種原料的熱處理溫度與時間，克服PVP在熱處理過程中容易發(fā)生熱收縮導致很難維持纖維/球的初始形貌的困難，最終得到多孔的結構。
　　本文主要以多孔碳微納纖維為研究對象，以分子量為130萬的PVP和分子量為9萬的PMMA為原材料，采用靜電紡絲法結合三步熱處理工藝，成功地制備出多孔碳微納纖維。經過大量的熱處理對比實驗和相關TGA、SEM測試，最終確定了三步熱處理的溫度和時間。具體熱處理條件為：首先

3、在150℃干燥24h，然后在280℃預氧化6h，最終在氮氣的保護下1000℃碳化4h。
　　采用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡和比表面積分析儀等測試手段系統(tǒng)分析了不同PVP/PMMA質量比對多孔碳微納纖維的形貌和微觀結構的影響。實驗測試結果表明當PVP:PMMA質量比為3:2時得到的多孔碳微納纖維其孔的尺寸屬于介孔范圍，并且它的比表面積的值最大，在沒有進行活化的情況下可達到545.4m2·g–1。
　　以制備的多孔碳微納纖維

4、作為負極材料，組裝成CR2025型扣式電池，采用電化學工作站和電池充放電測試儀系統(tǒng)研究了不同PVP/PMMA質量比得到的多孔碳微納纖維對電化學性能的影響。結果表明：在0.1C充放電速率下，所有多孔碳微納纖維的可逆比容量比沒有加PMMA的碳微納纖維高，其中PVP/PMMA質量比為3:2的多孔碳纖維的可逆比容量最高，50次循環(huán)之后比容量約為220mAh·g–1。本文制備的所有碳纖維樣品都有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。
　　我們也嘗試采用分子量為