發(fā)布時間：2020-05-25 06:57

【摘要】：近年來人們對鋰離子電池的需求不斷加大,對其性能有了更高的要求,綠色安全、高容量的負(fù)極材料成為了研究熱點(diǎn)。隨著化石能源日益枯竭、環(huán)境問題日趨嚴(yán)重,尋找新型的清潔可再生資源迫在眉睫。淀粉作為一種碳質(zhì)前驅(qū)體材料,產(chǎn)量豐富、綠色環(huán)保、生物可降解、經(jīng)濟(jì)適用,而馬鈴薯淀粉具有天然球形形貌,制備炭微球時不需要球形化,簡化了炭微球的制備工藝,還可以降低生產(chǎn)成本。本課題以馬鈴薯淀粉為原料,分別以鐵粉與炭黑為添加劑,通過穩(wěn)定化處理使淀粉分子進(jìn)一步交聯(lián),后續(xù)進(jìn)行高溫炭化制得了高分散的馬鈴薯淀粉基炭微球,對其形貌與結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征分析,并研究了其用作鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能。制備炭微球的過程中,鐵粉通過物理分散作用,將淀粉顆粒相互隔開,使其受熱均勻,加快淀粉受熱脫水、縮聚交聯(lián)進(jìn)程,縮短了穩(wěn)定化時間。鐵粉與淀粉比例為100%時,穩(wěn)定化6h制得球形度良好的炭微球,其比表面積為274m2/g,孔容為0.15cm3/g。用作鋰離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)良的倍率性能與循環(huán)性能,在50mA/g的電流密度下循環(huán)50次后比容量為298mAh/g。添加炭黑制備出了具有優(yōu)異球形形貌的高分散炭微球。炭黑一方面促進(jìn)淀粉的穩(wěn)定化進(jìn)程,另一方面可以增加炭微球負(fù)極材料的導(dǎo)電性,提高其比容量。測試結(jié)果表明炭黑添加量為1%時穩(wěn)定化6h制得的炭微球的比表面積為351m2g-1,孔容為0.19cm3/g,在50mA/g下循環(huán)50次后比容量達(dá)到324mAh/g,在2A/g下循環(huán)10次后比容量保持在105mAh/g,表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能。
【圖文】：

邐北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑及化工生產(chǎn)領(lǐng)域。淀粉產(chǎn)量高，來源豐富，價格實(shí)惠，安全環(huán)保，在可再生能源開發(fā)逡逑應(yīng)用領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景［９］。逡逑１．２．１．１淀粉顆粒的組成與結(jié)構(gòu)逡逑由（ｘ－Ｄ－葡萄糖組成的高分子聚合物即為天然淀粉，其分子結(jié)構(gòu)是由直鏈結(jié)構(gòu)與支逡逑鏈結(jié)構(gòu)組成，兩種結(jié)構(gòu)對應(yīng)的淀粉分別稱為直鏈淀粉與支鏈淀粉［１（Ｍ２１，兩種淀粉的結(jié)逡逑構(gòu)與性質(zhì)存在一定的差異。直鏈淀粉是脫水葡萄糖單元由ａ－ｌ，４糖苷鍵連接而成的線逡逑性聚合物，其分子結(jié)構(gòu)如圖１－１邋（ａ）所示。支鏈淀粉不僅有ａ－１，４糖苷鍵，還有一部逡逑分ａ－］，，６糖苷鍵，其在淀粉中的含量為４－５％，連接淀粉的分支位置，支鏈淀粉的分子逡逑結(jié)構(gòu)見圖卜１邋（ｂ），淀粉中以支鏈淀粉為主要成分。逡逑，？邋、邐ａｉ２0ｎ邐ｃ：ｎ２0ｉｉ逡逑

圖１－２鋰離子電池工作原理示意圖［６９］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｏｆ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｃｅｌｌｓ逡逑鋰離子電池的工作原理如圖１－２所示，該電池的正極材料為鈷酸鋰ＬｉＣＧ０２，負(fù)極逡逑材料為層狀結(jié)構(gòu)的石墨Ｃ，溶有鋰鹽的有機(jī)溶劑為電解液。鋰離子電池的充電過程即逡逑為Ｌｉ＋從正極材料中脫出，然后嵌入負(fù)極材料的過程，充電完成后，正負(fù)極的電荷不等，逡逑此時電子的補(bǔ)償電荷開始起作用，到達(dá)負(fù)極使其達(dá)到電荷平衡狀態(tài)。鋰離子電池的放逡逑電過程則為Ｌｉ＋嵌入正極材料的過程，其正負(fù)極電荷狀態(tài)與充電過程正好相反。鋰離逡逑子電池充放電過程中，Ｌｉ＋在正負(fù)極之間來回嵌入－脫嵌，只會使得層間距發(fā)生變化并逡逑不會破壞晶體結(jié)構(gòu)。電池整個反應(yīng)過程如下：逡逑正極反應(yīng)：ＬｉＣｏ０２邋＾ｉｓｃｈ＾ｅ邋Ｌｉｉ＿ｘＣｏ0２＋ｘＬｉ＋邋＋ｘｅ＂邐式（１＿１）逡逑負(fù)極反應(yīng)：６Ｃ＋ｘＬｉ＋＋ｘｅ＿邐ＬｉｘＣ６邐式（１－２）逡逑ｄｉｓｃｈａｒｇｅ逡逑ｃｈａｒｇｅ．邐，逡逑電池的反應(yīng)：ＬｉＣｏ０２＋６Ｃ＜Ｃ．邐ＬｉｘＣ６邋＋Ｌｉ，．ｘＣｏ０２邋邐式（１－３）逡逑ｄｉｓｃｈａｒｇｅ逡逑１．３．２鋰離子電池的負(fù)極材料逡逑負(fù)極材料作為鋰離子電池的重要組成部分被大家廣泛關(guān)注
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912;TQ127.11

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳立泉;;新材料是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年Z1期

2 許并社;羅秋蘋;楊永珍;郭明聰;金琳;劉旭光;;銀/碳微球復(fù)合材料的制備和表征[J];中國材料進(jìn)展;2009年02期

3 馬艾麗;王曉敏;李天保;劉旭光;許并社;;高性能碳微球的合成與結(jié)構(gòu)表征[J];電子顯微學(xué)報;2006年06期

4 徐常威;劉應(yīng)亮;沈培康;;乙醇在炭微球負(fù)載催化劑上的電化學(xué)氧化[J];電池;2006年05期

5 陳上偉;湯東;倪紅軍;黃明宇;;中間相碳微球(MC MB)素坯制備過程的研究[J];化工新型材料;2006年09期

6 葉易春;但衛(wèi)華;曾睿;米貞健;;淀粉基可生物降解纖維的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2006年01期

7 詹國平,黃可龍,張法旺;載藥淀粉微球的合成研究[J];化學(xué)世界;2005年12期

8 翟秀靜,張愛黎,符巖,儲剛;碳納米管用于鋰離子電池負(fù)極材料的嵌鋰機(jī)理研究[J];功能材料;2004年05期

9 李永峰,邱介山,王云鵬,梁長海,王同華,王德和;一種新穎煤基球形炭及其形成機(jī)理[J];大連理工大學(xué)學(xué)報;2002年06期

10 章頌云,宋懷河,陳曉紅;中間相瀝青炭微球的嵌鋰模型[J];電源技術(shù);2002年03期

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1 趙朔;馬鈴薯淀粉基炭微球制備機(jī)理及電化學(xué)性能的研究[D];天津大學(xué);2009年

本文編號：2679756