石墨化中間相碳微球@碳化物衍生碳的制備和儲(chǔ)能性質(zhì)的研究.pdf

1、中間相碳微球(mesophase carbon microbeads，MCMB)作為一種石墨材料具有導(dǎo)電率高、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大、嵌鋰容量高，并且嵌鋰電勢低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用作鋰離子電池負(fù)極材料，但其功率密度不高。本文旨在通過石墨化中間相碳微球與特殊孔隙結(jié)構(gòu)的碳化物衍生碳復(fù)合的方式，制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的石墨化中間相碳微球@碳化物衍生碳(GMCMB@MC-CDCs)復(fù)合炭材料，起到對GMCMB進(jìn)行修飾和改性的作用，以期提高其作為鋰離子電池負(fù)極

2、的比容量、倍率性能和循環(huán)性能。
　　本論文以GMCMB為碳源，采用不同GMCMB/M（M代表金屬元素）摩爾比的GMCMB和金屬粉，在1200℃條件下經(jīng)過固相反應(yīng)2h制備出石墨化中間相碳微球@碳化物(GMCMB@MC)前驅(qū)體，將所制備出的GMCMB@MC在不同溫度下氯氣刻蝕1h，制備出石墨化中間相碳微球@碳化物衍生碳(GMCMB@MC-CDCs)復(fù)合材料，該復(fù)合材料以GMCMB為核，以CDC為殼。采用XRD、SEM、Raman、TE

3、M和N2吸脫附等方法對復(fù)合材料的組成、形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，將所制備的復(fù)合材料做成鋰離子電池電極，經(jīng)過恒流充放電、倍率測試、循環(huán)伏安特性(CV)、交流阻抗(EIS)等測試方法對復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)行測試和表征。主要研究結(jié)果為:
　　(1)采用固相法成功制備出GMCMB@NbC前驅(qū)體，將該前驅(qū)體經(jīng)過C12刻蝕1h，成功制備出一系列GMCMB@NbC-CDCs復(fù)合材料，該復(fù)合材料以具有石墨化結(jié)構(gòu)的GMCMB為核，以孔徑＜2nm的微孔結(jié)

4、構(gòu)的NbC-CDCs為殼。
　　(2)通過控制刻蝕溫度，可以控制NbC-CDCs殼層的微孔結(jié)構(gòu)和CDC的有序程度，從而調(diào)控復(fù)合材料的比表面積和孔體積，以有效提高鋰離子電池負(fù)極材料的比容量、倍率性能和循環(huán)性能。其中800℃制備的GMCMB@NbC-CDCs復(fù)合材料的比表面積達(dá)到347.1m2·g-1，孔體積達(dá)到0.20cm3·g-1，作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，首次充電比容量達(dá)726.9mAh·g-1，首次放電比容量達(dá)458.9mAh

5、·g-1。
　　(3)通過選擇合適的GMCMB/Nb摩爾比，可以有效調(diào)控殼層厚度和核層尺寸，進(jìn)而調(diào)控其比表面積和孔體積。GMCMB/Nb摩爾比為2/1所制備的GMCMB@NbC-CDCs復(fù)合材料用作鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，其首次放電比容量達(dá)到458.9mAh·g-1，經(jīng)過50次循環(huán)后，放電比容量依然達(dá)到399.5mAh·g-1，容量保持率達(dá)到87％，具有更好的循環(huán)性能。而GMCMB/Nb摩爾比為3/1時(shí)在大電流條件下則表現(xiàn)出更好的倍

6、率性能。
　　(4)采用固相法在1200℃條件下成功制備出GMCMB@NbC、GMCMB@TiC、GMCMB@TaC和GMCMB@VC前驅(qū)體，將不同復(fù)合材料前驅(qū)體經(jīng)過Cl2刻蝕1h，成功制備出一系列GMCMB@MC-CDCs復(fù)合材料。選擇合適的碳化物前驅(qū)體，可以有效提高復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極的比容量。以GMCMB@NbC為前驅(qū)體所制備的GMCMB@NbC-CDCs復(fù)合材料的比表面積和孔體積達(dá)到最大，作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，具