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多孔碳由于其比容量高,导电性好,大电流密度下容量保有率高且成本低,原料丰富等优点,已经成为人们研究锂离子电池负极材料及超级电容器电极材料的热点。对多孔碳石墨化处理能提高其导电性。通过异质原子掺杂能够在碳基材料中引入赝电容效应进而提高其能量密度;异质原子掺杂的多孔碳骨架复合氧化物纳米结构不仅能够有效提高电极材料的电子导电率,而且能够缩短锂离子扩散路径并提供良好的应力缓释作用。金属锡有许多优异的电化学性能,但是在充放电过程中体积变化剧烈而破坏材料的结构,造成容量迅速衰减。解决这一难题的有效办法就是制备一种多孔碳/锡纳米复合材料。本文通过化学原位氧化法合成了聚苯胺前驱体与聚苯胺/氧化石墨纳米复合材料,并对其进行了一步高温碳化、活化及石墨化获得一种高度石墨化多孔含氮碳材料;通过直接碳化得到一种多孔碳/锡纳米复合材料。主要研究内容如下: (1)以聚苯胺为前驱体,氢氧化钾作为活化剂,镍氰化钾提供的镍为催化剂通一步催化碳化、催化、活化法制备一种三维多孔石墨化含氮碳材料(HPGCN)。XRD测试发现HPGCN有明显的石墨化碳,而HPCN中观察不到石墨碳产生的晶格条纹。对其进行电容性能分析,HPGCN和HPCN在0.5 A g-1时的比容量分别为335.2 F g-1,263 F g-1,当电流密度为增加到10 A g-1时比容量分别为286.3 F g-1,210 F g-1。 (2)以聚苯胺/氧化石墨为前驱体,通过一步高温碳化、催化、活化法制备了一种石墨化三维多孔含氮碳/石墨烯(GCNG)纳米复合材料。通过SEM与TEM对其观察发现GCNG是多孔片网结构,孔壁上均匀地分散着许多小孔,使得整个材料都是连通的。通过XRD对其表征发现GCNG比CNG的石墨化程度强很多。对其进行了锂电性能测试,GCNG在电流密度大小为0.1 A g-1时首次放电比容量分别为1445.1 mAh g-1,首循环库伦效率为61.6%。并且GCNG的长循环稳定性非常好。 (3)使用聚丙烯酸钠与锡酸钠为原材料,高温下一步碳化得到多孔碳/锡纳米复合材料(HPC/Sn)。通过SEM分析发HPC/Sn为100 nm左右的锡颗粒均匀地分散在多孔碳网上的复合结构。通过对其使用 XRD表征,证明分布在多孔碳网上的颗粒为单质锡,通过蓝电(Land-CT2001A)对其进行了锂电性能测试。HPC/Sn电极在电流密度大小为0.1 A g-1时,首次放电比容量为1652.1 mAh g-1,首循环库伦效率为59.61%,HPC电极在电流密度大小为0.1 A g-1时首循环放电比容量为1302.6 mAh g-1。可以看出由于锡颗粒的存在,使得HPC/Sn的放电比容量与首循环效率都有所提高。通过测试发现HPC/Sn电极的倍率性能与长循环性能都很高,可以得出结论,HPC/Sn电极在大电流充放电过程中材料的微观结构并没有被破坏,说明多孔碳网能够有效地抑制锡颗粒在充放电过程中的体积膨胀。