马铃薯淀粉基炭微球的制备及其电化学性能研究

摘要

近年来人们对锂离子电池的需求不断加大，对其性能有了更高的要求，绿色安全、高容量的负极材料成为了研究热点。随着化石能源日益枯竭、环境问题日趋严重，寻找新型的清洁可再生资源迫在眉睫。淀粉作为一种碳质前驱体材料，产量丰富、绿色环保、生物可降解、经济适用，而马铃薯淀粉具有天然球形形貌，制备炭微球时不需要球形化，简化了炭微球的制备工艺，还可以降低生产成本。
　　本课题以马铃薯淀粉为原料，分别以铁粉与炭黑为添加剂，通过稳定化处理使淀粉分子进一步交联，后续进行高温炭化制得了高分散的马铃薯淀粉基炭微球，对其形貌与结构进行表征分析，并研究了其用作锂离子电池负极材料的电化学性能。
　　制备炭微球的过程中，铁粉通过物理分散作用，将淀粉颗粒相互隔开，使其受热均匀，加快淀粉受热脱水、缩聚交联进程，缩短了稳定化时间。铁粉与淀粉比例为100％时，稳定化6h制得球形度良好的炭微球，其比表面积为274m2/g，孔容为0.15c m3/g。用作锂离子电池负极材料表现出优良的倍率性能与循环性能，在50mA/g的电流密度下循环50次后比容量为298mAh/g。
　　添加炭黑制备出了具有优异球形形貌的高分散炭微球。炭黑一方面促进淀粉的稳定化进程，另一方面可以增加炭微球负极材料的导电性，提高其比容量。测试结果表明炭黑添加量为1％时稳定化6h制得的炭微球的比表面积为351m2g-1，孔容为0.19cm3/g，在50mA/g下循环50次后比容量达到324mAh/g，在2A/g下循环10次后比容量保持在105mAh/g，表现出优良的电化学性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 淀粉基炭微球

1．2．1 淀粉简介

1．2．2 炭微球的制备方法

1．2．3 炭微球的发展与应用

1．3 炭微球在锂离子电池中的应用

1．3．1 (LIBs)锂离子电池简介

1．3．2 锂离子电池的负极材料

1．3．3 炭微球在锂离子电池中的应用

1．4 课题的目的与意义

1．5 课题的主要研究内容

第二章 实验与测试分析

2．1 实验方案

2．2 实验原料与试剂

2．2．1 实验主要原料

2．2．2 扣式电池组装所用原料

2．2．3 其他原料

2．3 实验设备与测试仪器

2．4 淀粉基炭微球的制备

2．4．3 添加炭黑制备过程

2．5 材料测试与表征

2．5．1 扫描电子显微镜(SEM)

2．5．3 热重-示差扫描分析(TG-DSC)

2．5．4 傅立叶变换红外光谱分析(FT-IR)

2．5．5 拉曼光谱分析(Raman)

2．5．7 比表面积和孔径分布测试(BET)

2．6 电化学性能表征

2．6．1 电极制备与扣式电池组装

2．6．2 恒流充放电测试

2．6．3 交流阻抗测试与循环伏安测试

第三章 淀粉基炭微球的直接炭化法制备

3．1 引言

3．2 炭微球的制备

3．3 马铃薯淀粉颗粒的特性

3．3．1 形貌表征

3．3．2 结构表征

3．4 稳定化处理后炭微球的特征

3．4．1 淀粉直接炭化后的形貌

3．4．2 稳定化预处理后炭微球的特征

3．5 小结

第四章 掺铁制备马铃薯淀粉基炭微球的研究

4．1 引言

4．2 淀粉基炭微球的制备

4．3 淀粉基炭微球的形貌与结构表征

4．3．1 淀粉在稳定化与炭化过程中的收率

4．3．2 淀粉基炭微球的形貌及粒径分布

4．3．3 炭微球的结构分析

4．4 马铃薯淀粉基炭微球的电化学性能

4．5 炭化温度对炭微球结构与电化学性能的影响

4．6 小结

第五章 炭黑添加对炭微球制备及电化学性能的影响

5．1 引言

5．2 马铃薯淀粉基炭微球的制备

5．3 炭微球的形貌与结构表征

5．3．1 炭微球的形貌与粒径分布

5．3．2 炭微球的结构表征

5．4 稳定过程中淀粉的结构分析

5．5 马铃薯淀粉基炭微球的电化学性能研究

5．6 炭化温度对马铃薯淀粉基炭微球的结构与电化学性能的影响

5．7 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介