两亲性炭材料基炭电极材料的制备及其电化学储能研究

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1、两亲性炭材料基炭电极材料的制备及其电化学储能研究AmphiphilicCarbonaceousMaterial-basedCarbonElectrodeMaterialsandTheirElectrochemicalEnergyStoragePerformances工程领域：化学工程作者姓名：王秀芳指导教师：陈明鸣教授企业导师：苗艳丽高级工程师天津大学化工学院二零一七年五月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津

2、大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要两亲性炭材料（Amphiphili

3、cCarbonaceousMaterial,ACM）不仅具有沥青、生焦等前驱体的优点，而且还有热固性与表面富含亲水官能团等特性。它由许多共轭刚性链段组成，结构稳定，在储能方面极具潜力。本文以ACM（CP-A5）为前驱体，制备ACM基炭材料，并探讨其在双电层电容器（EDLCs）和锂离子电池（LIBs）等储能领域的应用。以热固性CP-A5为炭前驱体，采用MgO模板法制备了一系列模板中孔炭材料。该模板中孔炭材料的碳收率较高，均大于17%。采用程序升温吸附（TPD）、热重分析（TG）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和氮气吸附仪对MgO模板中孔炭进行表征。与使用热塑性材料

4、为前驱体制备的模板中孔炭相比，采用热固性CP-A5为前驱体制备的中孔炭，其孔结构稳定，模板炭常见的坍塌现象并不明显。其中，MC73（MgO/CP-A5质量比为7/3）具有最大的比表面积（19912-1mg），且中孔/微孔结构相互连通。这种独特的结构使其用于EDLCs在1M-1TEABF4/PC有机电解液中表现出了优异的电化学性能。当电流密度为0.05Ag-1-1时，质量比容量为90.8Fg；并且在1Ag下，循环10000圈之后，容量保持率高达91.3%。3+CP-A5的水溶液中存在大量的负电中心，其可以与Fe配位，使得铁元素均匀地分散在炭前驱体中。分析结果显示，在所制

5、备的Fe3O4/C复合材料中Fe3O4纳米颗粒的尺寸分布在5-20nm之间，并较好地嵌入到炭材料中。将其用作LIBs-1负极材料时，表现出了较好的电化学性能。在0.05Ag电流密度下，循环50圈-1后仍能保持600mAhg稳定的可逆容量。这是由于炭材料的包覆有效地减少了Fe3O4纳米颗粒的团聚，缓解了Fe3O4在充放电循环过程中引起的体积膨胀现象，增加了材料的稳定性。关键词：模板法，中孔炭，复合材料，双电层电容器，锂离子电池I万方数据II万方数据ABSTRACTAmphiphiliccarbonaceousmaterial(ACM)possessesabundantf

6、unctionalgroups,thermosettingpropertyandfeaturesofpitchorcoke.Itconsistsofmanyrigidsegments,soitsstructureisstable.Basedontheaboveadvantages,itexhibitsgreatpotentialinenergystorage.Inthepaper,weselectcoaltarpitch-basedamphiphiliccarbonaceousmaterial(CP-A5)toobtainpitch-basedcarbonmateri

7、alsanddiscusstheirapplicationinElectricdoublelayercapacitor(EDLC)andLithiumionbattery(LIBs).CP-A5wasconvertedtomesoporouscarbons(MCs)byanMgO-templatedmethod.TheyieldsofMCswerecompetitive,upto17%.Temperature-programmeddesorption(TPD),thermogravimetricanalysis(TG),high-resolution