硬碳材料具有超過傳統(tǒng)石墨材料的放電容量,是鋰離子電池理想的新型負極材料之一。本文針對傳統(tǒng)硬碳材料前驅(qū)體不可再生、環(huán)境污染嚴重等缺點,以木質(zhì)素磺酸鈉為原料,制備了硬碳微球材料并對其進行了氮摻雜及催化石墨化改性研究,采用SEM、TEM、XRD、Raman、EA、TG/DTG及恒流充放電測試、循環(huán)伏安、交流阻抗測試等測試方法對所制材料進行了分析,取得的主要成果如下:（1）采用水熱法成功制備得到木質(zhì)素基碳微球材料。木質(zhì)素磺酸鈉濃度、水熱反應(yīng)溫度和時間、水熱產(chǎn)物熱解溫度是影響碳微球材料粒徑與球形度、石墨微晶結(jié)構(gòu)完善性以及充放電性能的主要因素。當(dāng)原料濃度為40 g·L^-1,水熱反應(yīng)溫度為230℃,反應(yīng)時間為12 h,熱解處理溫度為600℃時,所制備碳材料顆粒大小適中,球形度好,石墨微晶結(jié)構(gòu)相對較完善。其0.1 C充放電可逆容量達389.4 mAh·g^-1,首輪充放電庫倫效率為43.6%,1 C充放電容量達180 mAh·g^-1且循環(huán)穩(wěn)定。（2）將三聚氰胺與木質(zhì)素磺酸鈉一起水熱碳化,成功制備得到摻氮量較高的改性碳微球材料。所引入氮原子包...

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1 不同水熱反應(yīng)溫度所制碳微球樣品的XRD譜圖

圖1為不同水熱反應(yīng)溫度所制碳微球樣品的XRD譜圖。由圖可知：3個樣品的XRD譜圖形狀基本類似，均可觀察到衍射角2θ=23°左右出現(xiàn)的（002）晶面衍射峰和2θ=43°處出現(xiàn)的（100）晶面衍射峰；衍射峰數(shù)量較少且均表現(xiàn)為寬泛的“饅頭峰”，表明制備的樣品為無定型硬碳結(jié)構(gòu)[12]。隨....

圖2 不同水熱反應(yīng)溫度所制碳微球樣品的SEM圖

圖2為不同水熱反應(yīng)溫度所制碳微球樣品的SEM圖。由圖可知，HCT-200樣品呈現(xiàn)不規(guī)則的顆粒狀，說明在水熱反應(yīng)溫度較低條件下原料反應(yīng)不完全，無法轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐谓Y(jié)構(gòu)。當(dāng)水熱反應(yīng)溫度升高至230℃時，原料完全轉(zhuǎn)化形成球型，且表面光滑、分散度較好，粒徑在5～7μm。這表明木質(zhì)素磺酸鈉的水熱....

圖3 HCT-230及HCT-260樣品的拉曼光譜圖

HCT-230及HCT-260樣品的拉曼光譜圖見圖3。由圖可知：1350cm-1處的吸收峰為D峰，表示位于石墨烯邊緣的碳原子和sp2雜化碳及石墨域內(nèi)的不同種類的無序或缺陷。而G峰與C?C的面內(nèi)伸縮振動有關(guān)，反映材料石墨化的結(jié)構(gòu)形式。D峰與G峰的強度比（ID/IG）可以反映材料的石....

圖4 不同水熱反應(yīng)溫度所制碳微球樣品的首輪充放電曲線圖

在電壓0.05～2.5V、0.1C倍率條件下，采用電池測試系統(tǒng)對不同水熱反應(yīng)溫度所制碳微球樣品進行充放電性能測試，其首輪充放電曲線圖見圖4。由圖可知：3個樣品的放電比容量均較高（750～900mAh/g），但充電比容量較小，庫倫效率偏低，這與許多硬碳材料的充放電行為相似。首輪充放....

本文編號：4028446