【摘 要】
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锂离子二次电池具有充放循环次数多、环境友好、使用安全等优点,已被广泛应用于各个行业。然而,传统商业化的锂离子二次电池主要以石墨为负极,其相对理论比容量(372 m Ah g-1)较低,迫切需要研发高比容量负极材料,以进一步提升锂离子二次电池的能量密度。碳材料是一类重要的锂电负极材料,其结构和性能与其原料紧密相关。重质油作为石油加工过程中的副产品,产量巨大,主要由长链碳氢化合物和多环芳烃组成,其含碳
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锂离子二次电池具有充放循环次数多、环境友好、使用安全等优点,已被广泛应用于各个行业。然而,传统商业化的锂离子二次电池主要以石墨为负极,其相对理论比容量(372 m Ah g-1)较低,迫切需要研发高比容量负极材料,以进一步提升锂离子二次电池的能量密度。碳材料是一类重要的锂电负极材料,其结构和性能与其原料紧密相关。重质油作为石油加工过程中的副产品,产量巨大,主要由长链碳氢化合物和多环芳烃组成,其含碳量较高。因此,利用重质油含碳量高和富含芳烃这一独特优势,通过合理的制备方法、新颖的结构设计,制备具有优异储锂能力的高附加值多孔碳材料,有望为产能日益过剩的重质油提供一种具有高附加值利用的新途径。本文以石油沥青作为碳源,制备石油沥青基多孔碳材料,并研究其储锂能力,具体内容与结论如下:(1)以石油沥青为原料,Fe2O3为模板,制备出介孔多孔碳,再将其与碳包覆的Co Mo O4进行复合,制备出不同Co Mo O4负载量的金属氧化物/多孔碳复合材料,并将其用作锂离子电池负极材料。通过对Co Mo O4颗粒进行碳包覆,有效抑制了Co Mo O4颗粒的团聚,石油沥青基多孔碳作为碳骨架显著提高了复合材料的导电性。Co Mo O4质量分数为74%的复合材料呈现出最优的可逆比容量,在1 A g-1的电流密度下,循环450圈后,可逆比容量仍维持在818 m Ah g-1。(2)以石油沥青为原料,提出一种合理制备金属氧化物和石油沥青基多孔碳复合材料的方法。以Fe2O3为模板,制备出石油沥青基介孔多孔碳骨架,再将其通过熔融法制备Co O/多孔碳复合材料,系统研究了不同Co O负载量对复合材料的可逆比容量的影响。研究表明,Co O质量分数为63%的复合材料呈现出最优性能,在1 A g-1的电流密度下,循环500圈后,容量仍维持在653 m Ah g-1。(3)设计出一种以石油沥青为碳源,通过使用Fe2O3和Na Cl双模板,制备具有多级孔道的石油沥青基多孔碳材料。用作锂离子电池负极时,系统研究了不同煅烧温度、模板比例对材料的形貌、电化学性能的影响。研究表明,在800℃下,Na Cl:Fe2O3质量比为2:3时,材料展示出了最优储锂能力,在1 A g-1的电流密度下,循环300圈后,可逆充放电比容量可达616 m Ah g-1。
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