纳离子电池生物质硬碳负极材料的制备及性能研究

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1、学校代码10459学号或申请号201522192532密级专业硕士学位论文钠离子电池生物质硬碳负极材料的制备及性能研究作者姓名：张涛导师姓名：邵国胜教授毛景副教授专业学位名称：材料工程培养院系：材料科学与工程学院完成时间：2018年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterSynthesisandPerformanceofBiomassDerivedHardCarbonAnodeMaterialforSodium-ionBatteryByTaozhangSupervisor:Prof.Guos

2、hengShaoAssociateProf.JingMaoMaterialEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringMay,2018学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学

3、。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月摘要摘要硬碳是最具有应用价值的钠离子电池(SIBs)负极材料，要想实现钠离子电池的大规模商业应用，还需要找到合适的前驱体和制备方法，实现较高的首次充放电效率和进一步提高

4、循环性能。本文选用价格低廉、来源丰富的生物质松果作为前驱体，通过对碳化温度、杂质含量、粒径大小等制备条件的精确控制，得到了电化学性能优异的钠离子电池松果硬碳(PHC)负极材料。本论文具体研究内容和成果如下：(1)本论文首次使用资源丰富的生物质松果通过两步碳化法合成了硬碳负极材料。采用X射线衍射分析(XRD)、拉曼光谱分析(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨扫描透射电子显微镜(HRTEM)和N2吸附脱附等温曲线方法研究了松果硬碳的微观结构。采用恒电流充放电、循环伏安(CV)和电化学交流阻抗(EIS)研究了PHC材料的电化学性能。结果表明：松果硬碳的物理和电化

5、学性能受碳化温度的影响很大。随着碳化温度的升高，PHC材料的比表面减小，提高了首次充放电效率，还可以调整非晶PHC材料的微观孔结构，影响PHC材料的斜坡和平台容量，从而调控PHC材料的能量密度和功率特性。实验发现1400℃下合成的PHC1400样品表现出最好的综合电化学性能，在电流密度30mAg-1下，可逆比容量达到370mAhg-1，循环120周后比容量为334mAhg-1，容量保持率92.7%，首效高达85.4%。(2)研究了杂质、电解液、粘结剂和导电炭黑对钠离子电池硬碳负极材料性能的影响，并且确定了PHC的储钠机理是吸附-嵌入式。其结果表明：经过清洗除杂的PHC

6、1400循环性能优于未清洗的PHC1400，循环100周后，清洗和未清洗的PHC1400比容量分别是328mAhg-1和299mAhg-1，容量保持率分别为91.1%和83.3%。本论文采用了PVDF、CMC和海藻酸钠三种粘结剂，发现CMC粘结剂表现出最优异的性能。采用电解液NaClO4-EC:DEC，钠离子电池表现出最高的容量和循环性能。PHC1400具有良好的导电性，在未加入导电炭黑的情况下，仍表现出良好的电化学性能。(3)使用溶胶凝胶燃烧法合成NaCrO2、Na2/3Ni1/3-xMgxMn2/3O2钠离子电池正极材料，以松果硬碳(PHC1400)为负极构建全电

7、池，并进行了综合电化学性能I摘要研究。结果表明：在电流密度30mAg-1下，NaCrO2/PHC1400全电池表现出288.9mAhg-1的可逆比容量，循环200周后比容量达150mAhg-1。Na-12/3Ni1/3-0.1Mg0.1Mn2/3O2/PHC1400全电池在电流密度30mAg下，表现出225.6mAhg-1的可逆比容量。因此PHC1400作为钠离子电池负极材料在全电池中具有很高的应用价值。关键词：钠离子电池生物质松果硬碳碳化温度电化学性能全电池IIAbstractAbstractHardcarbonisconsideredasoneo