碳、ZnO-碳多孔微球制備及其在鋰離子電池負(fù)極上的應(yīng)用研究.pdf

1、鋰離子電池是上世紀(jì)90年代后投放市場的新一代綠色環(huán)保電池。它因為電壓高、自放電率低、體積小、重量輕、無記憶效應(yīng)等獨(dú)特性能被廣泛應(yīng)用于便攜式電器以及電動汽車中。而鋰離子電池負(fù)極材料是制約其整體性能的關(guān)鍵因素之一。早期的鋰離子電池所采用的負(fù)極材料幾乎都是碳/石墨材料，但由于碳/石墨第一次充放電時，會在碳表面形成鈍化膜，造成容量損失；而且碳的電極電位與鋰的電位很接近，當(dāng)電池過充時，金屬鋰可能在碳電極表面析出，形成枝晶而引發(fā)安全問題，且容量較低

2、。因而需要研究開發(fā)新型高能鋰離子電池負(fù)極材料。 硬碳是指高溫下也難以石墨化的碳材料，主要是高分子化合物的熱解碳。用于制備硬碳的原料種類很多，常見的主要有：糖、聚偏氟乙烯（PVDF）、酚醛環(huán)氧樹脂、聚氟乙烯、聚糖醇樹脂、棉布等。使用硬碳作為鋰離子電池負(fù)極材料具有一些突出的優(yōu)點：（1）它具有傾斜而不是像石墨類材料那樣平坦的充放電曲線，這樣就可以根據(jù)充放電曲線的電壓推算電池的容量從而便于電池的管理，這對動力電池尤為有利；（2）硬碳材料

3、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)性能好；（3）硬碳材料與PC基電解液相容性較好，因而可以在較低溫度下工作；（4）原材料廉價易得，成本低廉。由于硬碳材料的這些優(yōu)點，使得硬碳材料在動力型鋰離子電池負(fù)極材料方面受到人們重視。 本文主要研究了利用水熱法制備多孔碳微球和氧化鋅/硬碳復(fù)合多孔微球，分析其結(jié)構(gòu)與形貌，測試其在鋰離子電池應(yīng)用中的電化學(xué)性能。具體內(nèi)容如下： 第二章介紹了以葡萄糖晶體作為原料，利用水熱法制備多孔碳微球，分別用XRD、SEM、T

4、EM及BET法對多孔碳微球的晶相、成分和形貌進(jìn)行了表征、分析。將多孔碳微球制備成鋰離子電池電極材料測試其電化學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)多孔碳微球作為負(fù)極材料，具有較好的循環(huán)特性，容量衰減相對較緩慢，循環(huán)可逆性較好，但是還是存在著容量較低的問題。 第三章首先采用水熱法制備了ZnO一維納米材料并對ZnO一維納米材料的電化學(xué)嵌鋰性能進(jìn)行了初步研究，發(fā)現(xiàn)ZnO作為負(fù)極材料，首次充放電電容量較高，可達(dá)到1090 mAh·g-1，但循環(huán)性能不好，循環(huán)10

5、次后，就很快衰減到200 mAh·g-1左右。接著介紹了利用葡萄糖及Zn（CH3COO）2作為原料，采用水熱法制備復(fù)合ZnO-硬碳多孔微球，研究其電化學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過6次循環(huán)后，其比容量維持在350mAh·g-1，比碳微球比容量有所改善；在6次循環(huán)后，其比容量衰減相對較緩慢，循環(huán)性能比純ZnO材料有很大提高。 綜上，我們利用水熱法分別制備了多孔碳微球、ZnO一維納米材料、復(fù)合Zn0-碳微球作為鋰離子電池的負(fù)極材料，方法和設(shè)備簡單