论文部分内容阅读
储能技术的发展对锂离子电池的性能提出了更高的要求,发展高性能的负极材料成为锂电池发展的重要研究方向之一。由于锂离子电池存在锂资源有限、成本高的缺点,对于资源储量丰富、成本更低的钠离子电池研究也是能源存储技术重要的研究方向。硬碳具有结构稳定、循环寿命长、安全性能好、高容量和高倍率等特性,在锂离子和钠离子电池负极中都具有潜在的应用价值。论文围绕新型硬碳负极材料的制备以及形貌、结构的调控和电化学性能的提升展开研究工作,并详细研究了其锂离子和钠离子电池负极性能。具体内容如下:（1）通过碳化蝴蝶翅膀制备了碳质光子晶体（CPCs）作为锂离子和钠离子电池负极。CPCs保持了蝴蝶翅膀独特的光子晶体结构,800℃下碳化的碳质光子晶体（CPC800）表现出最优异的电化学性能。CPC800作为锂离子和钠离子电池负极时,在0.05A/g的电流密度下分别具有590mAh/g和235mAh/g的可逆容量并且表现出了超长的循环寿命,能够稳定循环10000圈以上。（2）通过热解花生壳废料制备了花生壳热解硬碳（PSDHCs）作为锂离子和钠离子电池负极。首先研究了热解温度对锂离子电池电化学性能的影响,结果表明600℃为最佳的热解温度。进一步研究了活化剂对电化学性能的影响,结果表明通过KOH活化得到的PSDHC-KOH样品具有明显提高的Li+/Na+存储能力。PSDHC-KOH作为锂离子电池负极时,在1A/g的电流密度下循环400圈后保持有474mAh/g的可逆容量,在5A/g的大电流密度下可以稳定循环10000次以上。作为钠离子电池负极时,在0.25A/g的电流密度下循环400圈后保持有193mAh/g的可逆容量,在1A/g电流密度下可以稳定循环3000次以上,表现出优异的容量性能和循环寿命。（3）采用橘皮作为碳源,通过活化—热解方法制备了橘皮热解硬碳（OPDHC-A）,研究了其锂离子和钠离子电池负极性能。OPDHC-A作为锂离子电池负极时,在1A/g的电流密度下循环100圈后保持有301mAh/g的放电容量。在2A/g的电流密度下可以稳定循环3000次以上并保持有215mAh/g的可逆容量。作为钠离子电池负极时在0.5A/g的电流密度下循环100圈后保持有146mAh/g的放电容量。长循环测试中,10000次循环后仍然保持有117mAh/g的可逆容量,表现出优异的容量性能和长循环寿命。（4）采用聚苯乙烯球（MPS）为碳源,通过热解方法制备了聚苯乙烯热解硬碳（PDPC）作为锂离子电池负极。PDPC在2A/g的电流密度下可以稳定循环2000次以上并保持有83mAh/g的可逆容量。进一步通过化学气相沉积的方法制备了PDPC/WS2复合材料,相比于PDPC,PDPC/WS2具有明显提高的容量性能。在1A/g电流密度下循环1220圈后容量达到282mAh/g,在2A/g的电流密度下经过2000圈长循环后仍然保持有70%的可逆容量,表现出优异的容量性能和循环稳定性。