多孔碳球、碳纤维制备和电化学性能研究

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1、学校代码10530学号201110081271分类号TM912密级公开硕士学位论文多孔碳球、碳纤维制备和电化学性能研究学位申请人刘丽媚指导教师李江宇教授学院名称材料与光电物理学院学科专业材料科学与工程研究方向新型能源材料与器件二〇一四年六月万方数据Synthesisandelectrochemicalpropertiesofporouscarbonfibers/spheresCandidateLimeiLiuSupervisorProfessorJiangyuLiCollegeFacultyofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProgramM

2、aterialsScienceandEngineeringSpecializationNewEnergyMaterialsandDevicesDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：

3、日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要多孔碳材料因具有更加有效的充放电路径，比较好的导电性和大量的锂存储的活性部位等优点，将其用作锂离子电池的负极材料具有较优异的的电化学性能。传统的制备多孔碳纤维/球的方法需要对材料进行活化处理，其中包括复杂的

4、物理和化学处理工艺。而静电纺丝/静电喷雾是一种相对而言更为简单、经济有效的新型制备方法。我们用经济环保的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)取代聚丙烯腈原料(PAN)作为碳的前驱体，以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为造孔剂，通过三步热处理工艺制备多孔碳纤维/球。这此过程中，需要综合考虑两种原料的热处理温度与时间，克服PVP在热处理过程中容易发生热收缩导致很难维持纤维/球的初始形貌的困难，最终得到多孔的结构。本文主要以多孔碳微纳纤维为研究对象，以分子量为130万的PVP和分子量为9万的PMMA为原材料，采用静电纺丝法结合三步热处理工艺，成功地制备出多孔碳微纳纤维。经过大量的热处理对比实验和相关

5、TGA、SEM测试，最终确定了三步热处理的温度和时间。具体热处理条件为：首先在150°C干燥24h，然后在280°C预氧化6h，最终在氮气的保护下1000°C碳化4h。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜和比表面积分析仪等测试手段系统分析了不同PVP/PMMA质量比对多孔碳微纳纤维的形貌和微观结构的影响。实验测试结果表明当PVP:PMMA质量比为3:2时得到的多孔碳微纳纤维其孔的尺寸属于介孔范围，并且它的比表面积的值最大，在没有进行活化的情况下可达到2–1545.4m·g。以制备的多孔碳微纳纤维作为负极材料，组装成CR2025型扣式电池，采用电化学工作站和电池充放电测试仪系统研究了

6、不同PVP/PMMA质量比得到的多孔碳微纳纤维对电化学性能的影响。结果表明：在0.1C充放电速率下，所有多孔碳微纳纤维的可逆比容量比没有加PMMA的碳微纳纤维高，其中PVP/PMMA质量比–1为3:2的多孔碳纤维的可逆比容量最高，50次循环之后比容量约为220mAh·g。本文制备的所有碳纤维样品都有较好的循环稳定性。我们也尝试采用分子量为3万的PVP和分子量为9万的PMMA为原材料，采用静电喷雾法结合三步热处理尝试制备多孔碳球，由于碳纤维和碳球的形貌差别，相同的热处理工艺不能成功制备出多孔碳微纳球，但是通过改进工艺条件并进行相关的实验摸索，已经得到了其热处理的初步工艺参数。关键词

7、：锂离子电池；PVP；PMMA；静电纺丝I万方数据AbstractTheporouscarbonmaterialsusedasanodematerialsforlithiumionbatterieshavegoodelectrochemicalpropertiesduetoitseffectivediffusionpathwaysforLiions,reasonableelectricalconductivityandlargenumbersofactivesitesforLi-