本文關(guān)鍵詞：多孔碳納米復(fù)合材料的制備電化學(xué)及其電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多孔碳由于其比容量高,導(dǎo)電性好,大電流密度下容量保有率高且成本低,原料豐富等優(yōu)點,已經(jīng)成為人們研究鋰離子電池負(fù)極材料及超級電容器電極材料的熱點。對多孔碳石墨化處理能提高其導(dǎo)電性。通過異質(zhì)原子摻雜能夠在碳基材料中引入贗電容效應(yīng)進而提高其能量密度;異質(zhì)原子摻雜的多孔碳骨架復(fù)合氧化物納米結(jié)構(gòu)不僅能夠有效提高電極材料的電子導(dǎo)電率,而且能夠縮短鋰離子擴散路徑并提供良好的應(yīng)力緩釋作用。金屬錫有許多優(yōu)異的電化學(xué)性能,但是在充放電過程中體積變化劇烈而破壞材料的結(jié)構(gòu),造成容量迅速衰減。解決這一難題的有效辦法就是制備一種多孔碳/錫納米復(fù)合材料。本文通過化學(xué)原位氧化法合成了聚苯胺前驅(qū)體與聚苯胺/氧化石墨納米復(fù)合材料,并對其進行了一步高溫碳化、活化及石墨化獲得一種高度石墨化多孔含氮碳材料;通過直接碳化得到一種多孔碳/錫納米復(fù)合材料。主要研究內(nèi)容如下:(1)以聚苯胺為前驅(qū)體,氫氧化鉀作為活化劑,鎳氰化鉀提供的鎳為催化劑通一步催化碳化、催化、活化法制備一種三維多孔石墨化含氮碳材料(HPGCN)。XRD測試發(fā)現(xiàn)HPGCN有明顯的石墨化碳,而HPCN中觀察不到石墨碳產(chǎn)生的晶格條紋。對其進行電容性能分析,HPGCN和HPCN在0.5 A g-1時的比容量分別為335.2 F g-1,263 F g-1,當(dāng)電流密度為增加到10 A g-1時比容量分別為286.3 F g-1,210 F g-1。(2)以聚苯胺/氧化石墨為前驅(qū)體,通過一步高溫碳化、催化、活化法制備了一種石墨化三維多孔含氮碳/石墨烯(GCNG)納米復(fù)合材料。通過SEM與TEM對其觀察發(fā)現(xiàn)GCNG是多孔片網(wǎng)結(jié)構(gòu),孔壁上均勻地分散著許多小孔,使得整個材料都是連通的。通過XRD對其表征發(fā)現(xiàn)GCNG比CNG的石墨化程度強很多。對其進行了鋰電性能測試,GCNG在電流密度大小為0.1 A g-1時首次放電比容量分別為1445.1 mAh g-1,首循環(huán)庫倫效率為61.6%。并且GCNG的長循環(huán)穩(wěn)定性非常好。(3)使用聚丙烯酸鈉與錫酸鈉為原材料,高溫下一步碳化得到多孔碳/錫納米復(fù)合材料(HPC/Sn)。通過SEM分析發(fā)HPC/Sn為100 nm左右的錫顆粒均勻地分散在多孔碳網(wǎng)上的復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過對其使用XRD表征,證明分布在多孔碳網(wǎng)上的顆粒為單質(zhì)錫,通過藍電(Land-CT2001A)對其進行了鋰電性能測試。HPC/Sn電極在電流密度大小為0.1 A g-1時,首次放電比容量為1652.1 mAh g-1,首循環(huán)庫倫效率為59.61%,HPC電極在電流密度大小為0.1 A g-1時首循環(huán)放電比容量為1302.6 mAh g-1�？梢钥闯鲇捎阱a顆粒的存在,使得HPC/Sn的放電比容量與首循環(huán)效率都有所提高。通過測試發(fā)現(xiàn)HPC/Sn電極的倍率性能與長循環(huán)性能都很高,可以得出結(jié)論,HPC/Sn電極在大電流充放電過程中材料的微觀結(jié)構(gòu)并沒有被破壞,說明多孔碳網(wǎng)能夠有效地抑制錫顆粒在充放電過程中的體積膨脹。
【關(guān)鍵詞】：聚苯胺 石墨化含氮碳 超級電容器鋰離子 電池多孔碳/錫
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章緒論12-34
• 1.1 引言12-13
• 1.2 超級電容器簡介13-18
• 1.2.1 超級電容器的種類14
• 1.2.2 超級電容器的工作原理14-16
• 1.2.3 超級電容器的特點16-17
• 1.2.4 超級電容器的電極材料17-18
• 1.3 鋰離子電池簡介18-22
• 1.3.1 鋰離子電池的發(fā)展史18-19
• 1.3.2 鋰離子電池的工作原理19-20
• 1.3.3 鋰離子電池的特點20
• 1.3.4 鋰離子電池電極材料20-22
• 1.4 聚苯胺22-26
• 1.4.1 聚苯胺的結(jié)構(gòu)23
• 1.4.2 聚苯胺合成方法23-25
• 1.4.3 聚苯胺的電學(xué)與電化學(xué)性質(zhì)25
• 1.4.4 聚苯胺的摻雜機制25-26
• 1.5 石墨烯材料在鋰離子電池中的應(yīng)用26-32
• 1.5.1 石墨烯簡介26
• 1.5.2 石墨烯結(jié)構(gòu)26-27
• 1.5.3 石墨烯的性質(zhì)27
• 1.5.4 石墨烯的制備27-28
• 1.5.5 導(dǎo)電聚合物/石墨烯納米復(fù)合材料的合成28-31
• 1.5.6 石墨烯在鋰離子電池負(fù)極活性材料31-32
• 1.6 課題的提出32-34
• 第二章三維多孔石墨化含氮碳的合成及其電容性能研究34-46
• 2.1 引言34-35
• 2.2 實驗部分35-38
• 2.2.1 化學(xué)試劑及來源35-36
• 2.2.2 儀器及設(shè)備36
• 2.2.3 實驗方法36-37
• 2.2.4 表征37-38
• 2.3 結(jié)果討論38-43
• 2.3.1 HPGCN與HPCN的表面形貌分析38-39
• 2.3.2 HPGCN與HPCN的石墨化分析39-40
• 2.3.3 HPGCN的XPS分析40-41
• 2.3.4 HPGCN與HPCN的電化學(xué)性能分析41-43
• 2.4 本章小結(jié)43-46
• 第三章石墨化氮摻雜碳/石墨烯納米復(fù)合材料的合成及其鋰電性能研究46-60
• 3.1 引言46-47
• 3.2 實驗部分47-50
• 3.2.1 實驗藥品及來源47
• 3.2.2 實驗所用儀器設(shè)備47-48
• 3.2.3 實驗方法48-49
• 3.2.4 表征49-50
• 3.3 結(jié)果討論50-57
• 3.3.1 PANI/GO的形貌分析50
• 3.3.2 GCNG與CNG的形貌分析50-52
• 3.3.3 GCNG與CNG的石墨化分析52-53
• 3.3.4 GCNG的XPS分析53-54
• 3.3.5 GCNG與CNG的電化學(xué)性能分析54-57
• 3.4 本章小結(jié)57-60
• 第四章多孔碳/錫納米復(fù)合材料的制備及其鋰電性能研究60-72
• 4.1 引言60-61
• 4.2 實驗部分61-63
• 4.2.1 實驗試劑及來源61
• 4.2.2 實驗所用儀器設(shè)備61-62
• 4.2.3 實驗方法62
• 4.2.4 表征62-63
• 4.3 結(jié)果討論63-71
• 4.3.1 HPC/Sn的XRD分析63
• 4.3.2 HPC/Sn與HPC的拉曼光譜分析63-64
• 4.3.3 HPC/Sn與HPC的表面形貌分析64-67
• 4.3.4 HPC/Sn與HPC的低溫氮吸附和孔徑分布分析67
• 4.3.5 HPC/Sn與HPC的電化學(xué)性能分析67-68
• 4.3.6 HPC/Sn與HPC的電化學(xué)性能分析68-71
• 4.4 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻74-82
• 致謝82-84
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文及參與基金項目84-86

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