木質(zhì)素（Lignin）是一種天然富含芳香結構的高分子聚合物,以700億噸/年的速度再生,儲量僅次于纖維素。工業(yè)木質(zhì)素主要來源于制漿造紙黑液和生物煉制殘渣,其高含碳量、高芳香性和高熱值等特點是構建多孔碳材料的理想碳源。鋰離子電池（LIBs）具有開路電壓高、能量密度大、自放電小等優(yōu)點,被認為是現(xiàn)代材料和新能源科學的經(jīng)典能源。多孔碳材料具有高于石墨2³倍的理論容量,其發(fā)達的孔隙結構更有利于鋰離子的傳輸,有望替代石墨電極以滿足大功率動力電池的需求。然而,多孔碳材料的無定型結構和亞微孔結構導致其作為負極材料存在首次庫倫效率低、電壓平臺不顯著、循環(huán)性能差等問題。因此,如何利用木質(zhì)素構建特殊微結構的木質(zhì)素基多孔碳（LPC）并應用于鋰離子電池負極中,對于實現(xiàn)工業(yè)木質(zhì)素的高值利用,具有重要的理論意義和實用價值。本論文以工業(yè)木質(zhì)素為原料,通過化學活化法構建不同微結構的木質(zhì)素基多孔碳,研究其作為鋰離子電池負極材料的電化學性能。首先,利用常用的鉀化合物作為活化劑,構建出具有良好儲鋰性能高石墨化LPC,并闡明鉀化合物對木質(zhì)素的碳化活化機理;其次,選取不同種類的工業(yè)木質(zhì)素作為原料,借助熱分析... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

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我國鋰離子電池的產(chǎn)量和增速

第一章緒論3SnO2+4Li++4e-→2Li2O+Sn（1-4）Sn+xLi++xe-LixSn（1-5）但是，硅基或者錫基負極材料在Li+鋰化/去鋰化過程中體積變化顯著，容易從負極集流體上脫落，使得電池的容量迅速降低[22]。因此，此類材料不能直接應用于鋰離子電池負極，通常需要通過構建納米結構或者碳包覆來降低其體積變化，增加結構穩(wěn)定性，并且可以提高其電導率[21,23]。轉換反應類負極材料主要是在充放電過程中發(fā)生轉換反應的材料，例如過渡金屬氧化物以及過渡金屬硫化物等[24,25]。常見的過渡金屬氧化物負極材料主要有NiO、CuO、MnO、Co3O4、Fe2O3、Fe3O4等[26-31]，盡管這些過渡金屬氧化物的理論比容量高于碳基負極材料高，但其導電性差、首次庫倫效率低、轉化過程中顆粒膨脹粉化引起的體積效應顯著等缺點使其同樣不能直接應用。按照材料類型分類，可以將其簡單分為石墨類負極材料、非石墨碳基負極材料、錫基負極材料、硅基負極材料、過渡金屬氧化物負極材料等。圖1-2電極材料分類圖Figure1-2Classificationdiagramofelectrodematerial1.1.3碳基負極材料碳材料基于原子排列和結晶度的不同，有幾種不同結構的同素異形體，例如圖1-3所示[32]。作為鋰離子電池負極材料，碳材料因其物理化學性質(zhì)穩(wěn)定、導電性好、機械性能強等特點，具有優(yōu)異的儲鋰性能。

華南理工大學博士學位論文4圖1-3不同結構的碳材料[32]Figure1-3Differentstructuresofcarbonmaterial[32]1.1.3.1石墨類碳基負極材料層狀石墨具有低的嵌鋰電位（0.1~0.2V）、較高的庫倫效率（>90%）、Li+易于在其中嵌入/脫嵌、高導電性、自放電小和穩(wěn)定性好等優(yōu)點[15,33-36]，是工業(yè)上大量使用的負極材料。除了石墨以外還有其他形式的碳材料如中間相碳微球（MCBC）、微碳纖維（MCF）、天然或人工合成的石墨片等，這些碳材料都被研究用來作為碳基負極材料[37-39]。然而，石墨的理論比容量僅為372mAh·g-1且大電流密度下倍率循環(huán)性能較差，已經(jīng)遠遠不能滿足大功率儲能設備的需求[40-45]。此外，在過度充放電和大電流環(huán)境下，容易造成石墨層的脫落并形成鋰枝晶，會刺破隔膜造成短路，引起安全事故[46-50]。由于材料在納米尺度下具有優(yōu)異的力學和電學特性，因此，可以將石墨類負極進行納米化處理來改善其儲鋰性能，常見的有納米石墨類碳基負極材料有碳納米管[51,52]、碳納米纖維[53-59]、石墨烯[46,60-62]等。其中，碳納米管（CarbonNanotubes,CNTs）類似于由石墨烯片卷曲而成的中空管，有單壁碳納米管和多壁碳納米管。CNTs具有密度孝電導率高（105~106S/cm）、抗形變能力強（楊氏模量1TPa）、強度高（達60GPa）等特點，尤其是其一維柱狀結構有利于離子傳輸[63,64]。大量研究表明，單壁碳納米管和雙壁碳納米管的理論比容量分別在400~600和550~750mAh·g-1，高于石墨的理論值[65,66]。通過模擬計算發(fā)現(xiàn)，這主要歸因于CNTs管壁的內(nèi)外兩側、多壁CNTs的壁


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