【摘 要】
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锂离子电池是最具有竞争能力的绿色清洁能源以及重要储能手段。碳材料因其具有价格低廉、低的锂嵌入电势和良好的循环稳定性受到了许多研究者的青睐,是最有前景的锂离子电池
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锂离子电池是最具有竞争能力的绿色清洁能源以及重要储能手段。碳材料因其具有价格低廉、低的锂嵌入电势和良好的循环稳定性受到了许多研究者的青睐,是最有前景的锂离子电池负极材料之一。值得关注的是中国每年都有大量的农业副产物产生,相关产物的处理往往是焚烧或者丢弃,造成了大量的资源浪费和严重的环境污染。近年来,研究者以生物质为前驱体制备了各种形貌结构的碳材料应用于能量储存与转换领域,但以生物质为前驱体制备的锂离子电池负极材料有以下几个缺点,如活化剂有毒、首圈库伦效率与比容量较低。本论文以湖南省盛产的生物质废弃物油茶壳作为原料,采用两步活化的方法制备碳材料,提高所获得的碳负极的比容量并改善其首圈库伦效率;将油茶壳衍生的碳材料与理论比容量较高的MoS2相复合,提高电池的整体比容量。(1)以油茶壳为前驱体将水热处理与KOH活化法相结合制备出具有高比表面积的多孔碳材料。水热预处理可以加速生物质前驱体中有机组分的反应,如脱水、缩合和聚合等一系列反应,从而有效的引入介孔结构;随后在下一步活化过程中熔融的KOH可以在毛细管力的驱动下渗入介孔结构,从而促进随后活化过程中碳-KOH的相互作用,这提供了大量的微孔结构并产生了2210 m2·g-1的较高比表面积和1.44 cm3·g-1的孔容。用作锂离子电池的负极材料时,初始库伦效率为59.6%;在100 mA·g-1的电流密度下具有1080 mAh·g-1高的可逆比容量,且倍率性能优异。该电极在200 mA·g-1的电流密度下循环150圈后仍表现出良好的循环稳定性,可逆比容量为430 mAh·g-1。(2)将油茶壳预先用浓硫酸处理后作为碳源,钼酸铵为钼源,硫脲为硫源,用一锅法合成MoS2@C的复合材料,实现碳的良好导电性与MoS2相对较高的理论比容量(675 mAh·g-1)互补。导电性良好的多孔碳材料为基底,可以弥补MoS2导电性不高的弊端,提高复合材料整体的导电性;且MoS2纳米片相互交错形成的球状结构,不仅可以改善电极与电解质的浸润面积,还可以为锂离子提供更短传输路径,使锂离子的传输更快。作为锂离子电池的负极时,材料不仅有良好的循环稳定性,还有优异的倍率性能。在100 mA·g-1的电流密度下具有804 mAh·g-1的可逆比容量;1.6 A·g-1的电流密度下仍拥有280 mAh·g-1的比容量,当电流密度回到100 mA·g-1容量回到802 mAh·g-1。该电极在200 mA·g-1的电流密度下循环100圈后仍有良好的循环稳定性,容量保持在640 mAh·g-1。
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