黑滑石中的碳材料及其储锂特性研究

摘要

在锂离子电池电极材料中,石墨碳材料因其安全性高、循环稳定性良好和较低的成本等优势而成为最主要的商用负极材料.然而石墨碳材料还存在比容量低和长循环性能差等缺点,因此仍需寻求电化学性能更加优良的新型碳材料.本研究以黑滑石为原料，采用酸处理的方法除去了黑滑石中的滑石成分，从而制备了一种新型碳材料，探究了不同温度的退火处理对于其成分、形貌和结构特点的影响以及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能。研究结果表明，退火处理可以去除其表面的氟化和氧化官能团，随着表面官能团的去除，样品形貌尺寸变小，结构上缺陷增多;经800°C退火后，其表面的氟化官能团基本上可以被完全去除，得到一种无定型的碳材料。作为锂离子电池负极材料，这种氟化碳电极材料在小倍率充放电下表现出比石墨高的比容量，但是倍率性能较差。这是由于表面大量的氟化官能团可提供更多的电化学活性位点，从而提高材料的比容量;但过多的基团会降低材料的导电性，导致倍率性能和循环性能较差。经800°C退火处理后，样品表面氟化官能团几乎完全被去除，导电性得到提高，电极表现出了良好的倍率性能和循环性能，优于商用的石墨负极材料。以上研究结果表明，该类碳材料是一种优良的锂离子电池负极材料。上述研究为该类天然矿物材料的应用提供了新的方向和思路。