劍麻纖維活性炭復合材料的制備及電化學性能研究.pdf

1、隨著人們環保意識的增強和各種便攜電子設備的普及，高容量的鋰離子電池成為全世界關注和追逐的熱點。石墨是常見常用的鋰離子電池負極材料，其理論比容量為372mAh/g，無法滿足高比容量鋰二次電池的需求，所以研究開發高比容量的負極材料成為趨勢和必然。生物質原料主要由碳元素組成，在氮氣等惰性保護氣體的氛圍中以較低的溫度熱解和水熱處理可以制備得到炭材料。同時為了提高炭材料的物理化學性能，物理和化學活化也是必要的。有報道椰子殼、小麥殼、豆渣和蠶繭等生

2、物質材料制備無定形碳。劍麻是廣西的特色植物，劍麻生命周期長，來源豐富、可再生、易降解、無污染，因此對劍麻的利用和研究對環境保護、農業有可持續發展意義。劍麻纖維是劍麻工業的主要副產品，是天然植物的高分子材料，內部有很多自然孔隙，且在炭化后仍能夠保持其纖維形態，因此劍麻纖維具備成為高比容量鋰離子電池負極材料的潛在價值和現實意義。
　　本論文利用劍麻纖維為原料制備劍麻纖維活性炭復合材料作為鋰離子電池負極材料，研究制備條件對劍麻纖維活性炭

3、復合材料結構的影響，確定最佳工藝條件;再利用制得的復合材料作為鋰離子電池負極材料組裝電池進行測試，通過恒流充放電、循環伏安、交流阻抗等電化學測試方法研究復合材料的電化學性能，為劍麻纖維活性炭復合材料作為鋰離子電池負極材料的應用提供理論基礎和實驗室依據。
　　本論文在以下四個方面開展了相關研究工作:
　　1.在不同溫度下直接熱解和熱解后再水熱處理的方法制備劍麻纖維活性炭(SFACs)。得到的劍麻纖維活性炭通過X射線衍射(XRD

4、)分析、比表面積(BET)測試、掃描電子顯微鏡(SEM)觀察、循環伏安測試、充放電測試和電化學阻抗的方法來研究其電化學性能。劍麻纖維活性炭的結構通過熱解溫度和水熱處理而改變，在900℃熱解后再水熱處理得到的劍麻纖維活性炭比其它樣品具有更多的微孔。電化學測試表明，在900℃熱解后再水熱處理得到的劍麻纖維活性炭具有較高的首次放電容量(998mAh/g)和較小的電荷轉移電阻(90Ω)。
　　2.氧化鐵/劍麻纖維活性炭復合材料通過水熱處理

5、的方法制得。通過材料的表征和電化學測試，結果表明水熱溫度改變著氧化鐵的結構。氧化鐵和劍麻纖維活性炭的復合材料作為鋰離子電池負極材料，在電化學性能上發揮著協同效應，在水熱溫度為120℃下制備的復合材料由α-FeOOH和α-Fe2O3組成，表現出較高的可逆放電比容量和較好的循環穩定性。
　　3.米用水熱處理結合煅燒的方法，制備了MoSe2-MoO2/劍麻纖維活性炭復合材料作為鋰離子電池負極材料。探索了不同的反應物比例、水熱溫度和水熱時

6、間對于復合材料結構及電化學性能的影響，得到了合適的制備條件。最終得到的MoSe2-MoO2/劍麻纖維活性炭復合材料通過恒流充放電測試，在50mA/g的電流密度下，首次放電比容量為724mAh/g，30個循環之后的比容量仍基本保持在494mAh/g。
　　4.在水熱環境中采用化學合成的方法制備單質硫，單質硫大量附著在劍麻纖維活性炭表面以及內部形成硫/劍麻纖維活性炭復合材料。研究發現，一方面分散在劍麻纖維活性炭中的單質硫提高了材料的比