锂离子电池负极材料碳化钙骨架碳的制备及改性的研究.pdf

学校代码 10530 学号 200806031129
分类号 O646 密级公开



硕士学位论文

锂离子电池负极材料-碳化钙骨架碳
的制备及改性研究

学位申请人李姣姣
指导教师王先友教授
学院名称化学学院
学科专业物理化学
研究方向化学电源


二○一一年五月
The Preparation and Modification of Calcium
Carbide-Derived Carbon for the Application
of Lithium Ion Battery


Candidate Jiaojiao Li
Supervisor Prof. Xianyou Wang
College Chemistry
Program Physical Chemistry
Specialization Electrochemistry
Degree Master of Science
University Xiangtan University
Date May,2011
湘潭大学
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作者签名: 日期: 年月日

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湘潭大学硕士学位论文
摘要
碳化物骨架碳是一种新型多孔碳材料,具有制备成本低、孔径分布窄、比表
面积大、孔径大小可控和环保无毒等优点,广泛地用于气体储存、摩擦磨损和超
级电容器等各个领域。本文首次将低温制备的碳化钙骨架碳作为锂离子电池负极
材料,研究了制备温度对其电化学性能的影响,同时为了改善碳化钙骨架碳的电
化学性能,分别对碳化钙骨架碳进行了锂掺杂和双氧水氧化处理,研究了改性对
材料性能的影响。
首先,以碳化钙为前躯体,二氧化锰和浓盐酸反应制备的新鲜氯气为刻蚀剂,
在较低温下(400 ℃~700 ℃)制备碳化钙骨架碳(calcium carbide-derived-carbon,简
DC),并 DC 性能的影响。实验结果表明,DC
为无定形多孔碳材料,随着制备温度从 400 ℃上升至 700 ℃,CCDC 的比表面积
由 658 m2/g 降至 201 m2/g,平均孔径由 nm 增至 nm。其中,600 ℃下
DC 具有最佳的电化学性能,在 C 倍率下,首次充电比容量为
mAh/g,30 次循环后比容量衰减为 mAh/g。
然后,DC 的不可逆容量,提高它的电化学性能。分别以氢氧
化锂和碳酸锂为锂源,DC 进行掺杂,DC 结构及电化
学性能的影响。结果表明,DC 的结构,DC 的
首次不可逆容量明显下降,并且首次充电比容量明显有所提高。当掺杂氢氧化锂的
质量分数为 4%DC 的充电比容量提高最多,在 C 倍率下为 mAh/g,
循环 50 次后充电比容量为 mAh/g,容量保持率为 %;当掺杂碳酸锂的质
量分数为 2%DC 的充电比容量提高最多,在 C 充放电倍率下为
mAh/g,循环 50 次后充电比容量为 mAh/g,容量保持率为 %。
最后,DC 进行氧化,DC 充电比容
量的目的。分别研究了双氧水浓度、氧化温度和氧化时间三个因素对双氧水氧化
效果的影响。结果表明,采用 2 mol/L 双氧水在 60 ℃下氧化 4 h DC
具有最佳的电化学性能。DC 在 倍率下首次充电比容量由氧化前
的 mAh/g 提高到 mAh/g,循环 50 次后, 充电比容量保持在
mAh/g,容量保持率为 %。DC 的电化学性能有所提高,主要
DC 表面结构改变有关。氧化