層次孔碳-金屬氧化物復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、過(guò)渡金屬氧化物具有較高的比容量和首次充放電容量、較高的工作電壓、高的庫(kù)倫效率和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，是一類(lèi)發(fā)展前景良好的鋰離子電池負(fù)極和超級(jí)電容器電極材料。但其電子、離子導(dǎo)電率低，納米顆粒容易團(tuán)聚，使其倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性變差。層次孔碳材料因其良好的導(dǎo)電性和獨(dú)特的孔分布特征，在離子傳輸方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。其中微孔結(jié)構(gòu)可以為鋰離子和超級(jí)電容器電解質(zhì)離子提供嵌入空間位置，而中孔或大孔結(jié)構(gòu)作為離子在充放電過(guò)程中脫出/嵌入的通道。本文結(jié)合兩者的

2、優(yōu)點(diǎn)，制備了具有層次孔結(jié)構(gòu)的碳/過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合材料，以期提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。并運(yùn)用多種分析測(cè)試手段對(duì)復(fù)合材料的形貌與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，研究了過(guò)渡金屬氧化物含量和煅燒溫度對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.以低分子量酚醛樹(shù)脂為碳源，鈦酸四丁酯為鈦源，三嵌段共聚物F127為模板，通過(guò)蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝制備了具有層次孔結(jié)構(gòu)的C/TiO2(HPCT)復(fù)合材料.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:HPCT復(fù)合材料具有較高含量的微孔

3、和介孔，TiO2主要分布在碳骨架的孔壁上;TiO2含量和煅燒溫度對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能有顯著影響。較適宜的TiO2含量和煅燒溫度分別為28wt.％和600℃，在此制備條件下，生成的TiO2表現(xiàn)為結(jié)晶度較低的銳鈦礦相;復(fù)合材料具有大的比表面積、平均孔徑和孔體積、適宜的微孔/介孔含量。作為鋰電池負(fù)極，具有較高的可逆容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。在0.1C的條件下，其首次放電比容量達(dá)到502.5mAh g-1，50次循環(huán)穩(wěn)定后比容量

4、為376.9mAh g-1。作為超級(jí)電容器電極材料，在0.1A g-1電流密度條件下，放電比容量達(dá)到90.4F g-1，在1A g-1條件下比容量保持率在90％左右。經(jīng)HF溶液處理后，在0.1A g-1條件下HPCT-600-5HF的放電比容量達(dá)到138.9F g-1。
　　2.以低分子量酚醛樹(shù)脂為碳源，三嵌段共聚物F127為模板，通過(guò)蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝制備了具有層次孔結(jié)構(gòu)的多孔碳材料，并以此為基體，通過(guò)浸漬吸附的方法制備了具有層次孔