论文部分内容阅读
随着高新技术的快速发展和电动汽车的广泛应用,传统的储能装置已经无法满足市场的需求。锂离子电池(LIB)因其具有高能量密度、高工作电压和稳定的循环特性等电化学优势,将逐渐取代传统电池。为了开发新的高性能LIB负极材料,基于合金化反应的过渡金属氧化物(TMOs)得到了广泛研究,在TMOs负极材料中,ZnO因其理论比容量高达978 mAh g-1而备受关注。然而ZnO具有较低的本征电导率,并且在Li+嵌入和脱出过程中的较大体积变化使得材料容易粉化和团聚,导致电池循环寿命差。为了克服这个问题,常常将ZnO和碳材料进行复合作为LIB负极材料,这种方式结合了碳材料的良好导电性和ZnO的高理论比容量,可以制备出具有稳定循环性能的电极材料。近年来,石墨作为传统的LIB负极材料,由于层间距小、理论容量低等因素限制了其实际应用。一些储锂性能好的碳材料受到了广泛的研究,但是,部分碳材料的生产成本较高,生产过程复杂甚至存在安全隐患,使得研究人员更多地关注生物质碳材料。本文主要选取了农业废料中的稻壳为原料,以稻壳中的纤维素和木质素为碳源,制备了不同形貌的稻壳基碳和ZnO复合材料。为了探究材料的性能,对其进行了微观表征和电化学性能测试。本文的主要内容如下:(1)以稻壳中的纤维素为碳源,通过碱煮和酸洗的过程去除稻壳中的二氧化硅和木质素等杂质,在水热条件下将纤维素碳化为由大量空心球连接而成的无定形碳材料,并通过静电作用与ZnO纳米棒进行复合,生成稳定的三维复合结构。探究了水热碳化过程中的不同参数和两种材料的物料比对性能的影响,分析了复合材料的合成机理以及结构与性能之间的联系,最后进行了复合材料与纯相的对比以及电化学性能的测试。复合后材料的储锂性能表现良好,在0.2 C下循环100圈后仍可保持920 mAh g-1的比容量。(2)以获取纤维素时废液中的木质素为碳源,通过酸析的方法过滤出木质素,使用氯化锌进行活化处理,得到碳前体。在溶剂热的条件下通过两种不同的方法将碳前体与ZnO纳米粒子进行复合,使ZnO负载到粗糙多孔的无定形碳的表面,首先测试了两种方法下的电化学性能差别,分析了合成机理以及结构优点。然后将复合材料与纯相进行对比,确定了不同组分的作用。在电化学测试下,材料具有良好的循环稳定性和倍率性能,在0.2 C下循环110圈后容量为898.1 mAh g-1。