制备硬碳有哪些?

2022-08-22

硬碳怎么制备:
制备硬碳的前驱体有沥青、生物质、糖类、酚醛树脂、有机高分子聚合物等等,不同物质制备的硬碳材料表现出类似的充放电曲线。下面青海天蓝新能源为大家讲解一下。

①沥青制备硬碳

沥青基前驱体由于其残炭率高、原料来源广泛、价格低等,是较好的硬碳制备前驱体。但沥青制备硬碳需要预处理,因为沥青在碳化过程中易于石墨化形成类石墨结构。沥青预处理通常是利用交联剂将沥青进行交联,改变其微观结构,在热解碳化过程中阻碍石墨微晶的长大,进行固相碳化过程,即可得到硬碳材料;另外一种调制沥青的方法是预氧化法,即利用氧化剂对沥青进行预氧化处理,得到有一定氧含量的预氧化沥青。由于有氧杂原子的存在,沥青在热解碳化过程中不易形成有序的结构,从而得到微观结构相对杂乱的硬碳材料。

②生物质制备硬碳

生物质来源广泛、绿色环保,并且本身就具有丰富的杂原子和独特的微观结构,可以作为制备硬碳的前驱体。有研究者利用柚子皮为碳源制备硬碳材料。他们研究认为,制备样品之所以具有的嵌锂性能与材料独特的孔结构密切相关。这种结构有助于材料与电解液充分接触,为Li+在材料内部的传输提供了通道和更多的嵌锂位点。也有研究者以花生壳为碳源制备硬碳材料,他们经过研究认为,同样的实验条件下,材料的丰富孔道结构有助于提升材料的嵌锂容量和循环稳定性。还有研究者利用玉米秸秆为碳源,经过KOH活化碳化制备得到多孔结构的碳材料,并表现出优异的倍率和循环性能。他们认为微孔的存在使得材料具有大量的缺陷位,为锂离子的存储提供了活性位点,提升了储锂容量,而介孔和大孔的存在则缩短了锂离子的输运距离,提升了锂离子的迁移速率。

天蓝新能源材料

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③有机高分子聚合物制备硬碳

相对于生物质,有机高分子聚合物的分子结构相对简单、可控,可根据需要设计相关的分子结构,是一种优异的制备硬碳的前驱体。有研究者以酚醛树脂为碳前驱体,经过热解炭化得到树脂基硬碳材料,并将其用作锂离子电池负极材料和电容器的电极材料,其锂离子电池容量可以达到526mAh·g-1,库仑效率可以达到80%。他们认为较高的孔隙率是得到较高嵌锂容量的原因之一。还有研究者以环氧树脂和氧化石墨烯为碳源制备得到石墨烯包覆的硬碳材料。电化学性能表征发现,相较于未进行石墨烯包覆的样品,所得材料具有更高的嵌锂容量和循环稳定性。他们认为,由于石墨烯的包覆增强了材料的导电性,因此提升了材料内部Li+和电子的传输效率,使得材料具有更好的倍率和循环稳定性能。

以上是对硬碳特点及其制备的介绍。硬碳具有大量微孔结构,拥有比石墨层间距更大的层状结构,使得锂离子可以快速的脱嵌,倍率性能优良。有些硬碳类材料储锂性能高于传统石墨负极材料,因此,硬碳也被视为一种有前景的负极材料。随着技术进步及研究深入,相信硬碳类材料在锂电负极中的应用也会发展出自己的一片天地。

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