可膨脹微球基活性炭與硅-碳復合材料的制備及其電化學性能的研究.pdf

1、超級電容器的功率密度高、循環壽命長并可快速充放電，而鋰離子電池具有電壓高、安全性能好、工作溫度范圍寬等優點，兩者是目前發展最快，應用最廣的新型電化學儲能器件。而電極材料是影響以上兩種儲能器件性能的關鍵因素，因此，如何設計、制備具有更高性能且生產成本更低的新型電極材料，是近年來電化學能量存儲系統研究的熱點問題。
　　可膨脹微球是一種已被廣泛應用于印刷油墨、鞋底、紙制產品的固化劑等領域的商品化聚合物微球體，它具有獨特的核-殼結構以及受

2、熱膨脹的特殊屬性。本文以可膨脹微球為核心材料，通過簡易高效的方法制備了多孔活性炭材料及中空結構硅/碳復合材料，并研究了這兩種材料分別作為超級電容器和鋰離子電池電極材料的電化學性能。主要研究內容及結論如下：
　　1.以可膨脹微球為碳前驅體，通過對其進行炭化-活化處理，制備出具有一定孔道結構且比表面積較大的多孔活性炭，并考察了其作為雙電層超級電容器電極材料時，不同活化劑比例和不同活化溫度對其電化學性能的影響。研究結果表明：實驗所制備的

3、活性炭呈不規則的中空結構殼體，具有微孔和介孔結構。在活化劑KOH與原始碳材料（C-EMs）的質量比為3:1，700℃活化時，樣品的比表面積可達1387 m2 g-1，孔容為0.686 cm3 g-1，其所含微孔集中分布在0.7~1 nm，且孔徑在2.3~5 nm之間的介孔的分布較為均勻，并具有優異的電化學性能：在電流密度為1 Ag-1時，其比電容為236 F g-1，10000次循環后的容量保持率為95％；當電流密度提升20倍后，其比電

4、容值為172 F g-1，容量保持率為73%。
　　2.以可膨脹微球和納米硅粉為實驗原料，通過一步熱解法制備了具有中空結構的硅/碳復合材料，并考察了其作為鋰離子電池負極材料的電化學性能。材料表征結果顯示，硅/碳復合材料的主要物相為晶體硅與無定型碳，其中，碳殼呈不規則的中空結構，其外表面有凸起褶皺，一部分納米硅顆粒嵌入于碳殼的褶皺中，另一部分落于中空碳殼的空心腔體中。電化學測試結果表明，可膨脹微球與納米硅粉的配制比例為7.5:1，炭