锂离子电池高性能自支撑一维碳负极材料研究

• 作 者: 白玉柱
• 出 处: 内蒙古工业大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 柔性锂离子电池 负极材料 自支撑 层次孔碳负极 掺氮

随着柔性/可折叠电子器件在近些年的迅猛发展,柔性锂离子电池已成为目前储能领域研究的热点和前沿之一。目前,发展柔性锂离子电池的主要困难和关键在于研究和开发高性能的可弯折自支撑结构柔性电极材料。本论文选取三种不同的软硬造孔剂,运用电纺丝、掺氮、模板-活化联合法、碳化和后续化学处理方法,可控地制备和构筑了具有自支撑结构一维高含氮量和层次孔适用于柔性锂离子电池的高性能负极材料。论文中,选取聚丙烯腈为碳前驱体,添加两种有机造孔软模板（聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯）以及一种复合氧化物（MnO_x-CeO₂-Al₂O₃）硬模板,通过电纺丝、碳化、氨气活化和后续的化学处理方法,制备了具有自支撑结构高含氮量一维层次孔碳负极材料。实验结果显示,无论选用何种造孔模板剂处理所获得的一维掺氮层次孔碳负极材料均具有较好的纤维形态、大的比表面积、高的掺氮量、良好的层次孔结构。将此三种自支撑一维掺氮层次孔碳负极材料在未添加任何导电剂和粘结剂的情况下,直接用作锂离子电池负极,均表现出较好的电化学性能。究其原因,这与此材料具有独特的层次孔结构、高的氮含量、一维纳米结构和含有大量的吡啶氮有关。其中,以聚苯乙烯为造孔剂制备的掺氮层次孔碳纳米纤维拥有超高的首次可逆比容量,达到1576.5 mAh g^-1,是目前所报道的碳基负极材料容量最高值。以MnOx-CeO₂-Al₂O₃复合氧化物造孔剂制备的掺氮层次孔碳纳米纤维拥有相对较好的循环性能,经过50次循环,容量保持率为87%。