【摘 要】
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硬碳材料因其拥有较大的层间间距和丰富的微孔因而在电池行业备受关注。然而传统的硬碳材料作为锂离子电池（LIBs）负极需要使用粘结剂,而粘结剂的非活性和绝缘性严重阻碍了离子扩散和电子转移,因此限制了电池的性能。为了解决这一问题,一种方法是制备无粘结剂电极。在此,本文系统研究了纳米纤维素膜热解过程中碳膜的交联机理,并将碳骨架薄膜应用于LIBs负极,表现了出色的循环稳定性和高倍率性能。主要研究内容如下:（
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硬碳材料因其拥有较大的层间间距和丰富的微孔因而在电池行业备受关注。然而传统的硬碳材料作为锂离子电池（LIBs）负极需要使用粘结剂,而粘结剂的非活性和绝缘性严重阻碍了离子扩散和电子转移,因此限制了电池的性能。为了解决这一问题,一种方法是制备无粘结剂电极。在此,本文系统研究了纳米纤维素膜热解过程中碳膜的交联机理,并将碳骨架薄膜应用于LIBs负极,表现了出色的循环稳定性和高倍率性能。主要研究内容如下:（1）以纳米纤维素为前驱体,通过简单的热处理方法,制备了一种自支撑性硬碳膜。研究有机纳米纤维素薄膜向含有大量交联点的无机三维碳骨架结构薄膜的化学反应机理。开环反应产生的小分子碎片发生环化和芳构化,促进超交联骨架的形成。重要的是,该结构中的碳纳米纤维提供的三维交联的导电网络,便于电子快速传递。（2）以400 ℃下热解的纳米纤维素薄膜为原料,进一步经过不同的高温热处理得到自支撑电极材料。这种具有超交联骨架和丰富的交联结点自支撑硬碳膜不仅作为相互连接的导电网络,可以实现电子的快速传输,而且作为相互连接的机械骨架,便于Li+的扩散,并且在反复充放电过程中,保持电极的结构稳定性,有助于发挥纳米纤维素基硬碳材料的全部潜能。通过将硬碳材料在不同碳化温度下形成的微观交联骨架结构与LIBs性能相关联,我们发现在800 ℃下形成的多孔结构和最佳活性表面的自支撑硬碳膜表现出较高的可逆比容量。当采用该薄膜作为锂离子电池无粘结剂阳极时,与含粘结剂的粉末活性材料的电极相比,展现出513.1m Ah g-1的高可逆容量(50 m A g-1时),以及突出的循环稳定性。在500 m A g-1,容量保持率高于100%（循环1000次）。本研究为锂离子电池及其它碱性电池的高性能、高稳定结构的阳极材料的设计提供了一个有效的策略和深入的理解。
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