论文部分内容阅读
锂离子电池因具有工作电压高、比能量高、无污染等突出优点在移动电子设备中得到广泛的应用,并有望应用于电动汽车以及国家电网中大型的存储装置。碳材料凭借其电极电位低,循环效率高,循环寿命长和安全性能好等优点,是锂离子电池首选的负极材料。现有商业化生产中均采用石墨作为锂离子电池的负极材料,其理论容量仅为372mAh/g,远远达不到我们对高性能锂离子电池的要求,于是大量的研究工作集中在寻找高容量的新型碳材料上。本文旨在探索简易、大量制备新型纳米级碳材料用作高性能锂离子电池电极材料,开展的主要工作如下：(1)通过CuCl2·2H2O和CaC2之间的反应,简易、大量制备洋葱状纳米碳球。CuCl2·2H2O中的结晶水对于洋葱状纳米碳球的形成具有重要的作用。凭借其独特的结构,合成出的洋葱状纳米碳球作为锂离子电池负极材料时具有很高的比容量,优异的循环性能以及倍率性能。通过对不同温度下制得的洋葱状纳米碳球的电化学性能分析表明,在高温下制得的洋葱状纳米碳球具有更好的性能,这是由于低温下制得的洋葱状纳米碳球结构不稳定,而且其较低的石墨化程度引起电导率的降低会影响其作为锂离子电池负极材料的性能,尤其是倍率性能。(2)通过Zn和蔗糖之间的简单反应,大量制备相互连接的空心结构纳米碳球。凭借其独特的结构,制备出的空心结构纳米碳球作为锂离子电池负极材料时表现出很高的比容量,优异的循环性能以及倍率性能。通过对制得的空心结构纳米碳球在1350℃碳化后的性能进行分析表明,碳化后的空心结构纳米碳球的容量降低。碳化过程可以显著的改善空心结构纳米碳球的石墨片层的有序化,减少缺陷,减少储锂位,导致了其容量的下降。但是,碳化后的空心结构纳米碳球的结构更加稳定,所以,在高倍率的充放电测试下表现优异。(3)通过噻吩和S之间的反应简易制备硫掺杂碳负极材料。研究了不同S的加入量对于噻吩裂解产物所得碳材料的结构和性能的影响。结果表明,随着S加入量增加,所得碳材料由微米级的大球逐渐转变为纳米线,而且这种纳米线是由碳层沿垂直于轴线方向生长而成。随着S加入量的增加,所得的碳材料在作为锂离子电池负极材料时的比容量逐渐增加,这是由于S的加入促进了碳材料的纳米化以及碳化导致的。