煤基石墨化炭的结构调控及电化学储能应用
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作者邢宝林
出版社科学出版社
ISBN9787030784537
出版时间2024-06
装帧平装
开本其他
定价108元
货号1203304069
上书时间2024-07-02
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目录
目录
前言
1 锂离子电池基础1
1.1 引言1
1.2 锂离子电池概述2
1.2.1 锂离子电池发展历程2
1.2.2 锂离子电池工作原理3
1.2.3 锂离子电池应用现状与前景3
1.3 锂离子电池电极材料研究进展4
1.3.1 锂离子电池正极材料4
1.3.2 锂离子电池负极材料5
1.4 煤基炭材料在锂离子电池中的研究进展6
1.4.1 煤基石墨化炭研究进展6
1.4.2 煤基多孔炭研究进展8
1.5 石墨化炭负极材料表面改性研究进展9
1.5.1 表面包覆10
1.5.2 化学修饰11
1.5.3 元素掺杂12
1.5.4 微晶结构优化14
参考文献16
2 煤基石墨化炭的结构调控方法和测试手段21
2.1 实验材料与仪器设备21
2.1.1 实验材料与化学试剂21
2.1.2 主要仪器设备22
2.2 煤基石墨化炭的结构调控方法23
2.2.1 煤基石墨化炭的制备23
2.2.2 煤基石墨的制备23
2.2.3 微扩层煤基石墨的制备24
2.2.4 煤基多孔炭纳米片的制备24
2.2.5 煤基石墨烯纳米片的制备25
2.2.6 煤基多孔石墨化炭的制备26
2.3 煤基石墨化炭的测试手段27
2.3.1 微观结构表征方法27
2.3.2 电化学性能测试方法29
参考文献30
3 无烟煤高温热处理过程中微观结构的演化行为31
3.1 引言31
3.2 煤基石墨化炭的微观结构表征31
3.2.1 微晶结构表征31
3.2.2 孔结构表征39
3.2.3 表面化学性质表征40
3.3 煤基石墨化炭的储锂性能44
3.3.1 恒流充放电测试44
3.3.2 倍率性能测试45
3.3.3 循环性能测试47
3.3.4 循环伏安测试47
3.3.5 电化学阻抗谱测试48
3.4 煤基石墨化炭的微观结构与储锂性能的构效关系49
3.5 本章小结53
参考文献54
4 高性能煤基石墨负极材料的制备及其储锂性能57
4.1 引言57
4.2 煤基石墨的微观结构58
4.2.1 微晶结构表征58
4.2.2 形貌结构表征60
4.2.3 孔结构表征62
4.3 煤基石墨负极材料的储锂性能64
4.3.1 恒流充放电测试64
4.3.2 循环伏安测试65
4.3.3 倍率性能和循环性能测试66
4.4 本章小结67
参考文献67
5 微扩层改性对煤基石墨微观结构和储锂特性的影响69
5.1 引言69
5.2 氧化微扩层改性对煤基石墨微观结构的影响70
5.2.1 微晶结构表征70
5.2.2 形貌结构表征71
5.2.3 孔结构表征73
5.2.4 表面化学性质表征74
5.3 微扩层煤基石墨负极材料的储锂特性76
5.3.1 电化学性能测试76
5.3.2 储锂机制分析79
5.4 本章小结81
参考文献81
6 煤基多孔炭纳米片的结构调控及其储锂特性83
6.1 引言83
6.2 煤基多孔炭纳米片的结构表征及其储锂特性83
6.2.1 煤基多孔炭纳米片的结构表征83
6.2.2 煤基多孔炭纳米片的储锂性能92
6.2.3 煤基多孔炭纳米片的微观结构与储锂性能的构效关系99
6.3 煤基多孔炭纳米片的表面修饰及其储锂特性102
6.3.1 N、P共掺杂煤基多孔炭纳米片的结构表征102
6.3.2 N、P共掺杂煤基多孔炭纳米片的储锂性能107
6.3.3 N、P共掺杂煤基多孔炭纳米片的微观结构与储锂性能的构效关系110
6.4 本章小结111
参考文献112
7 基于机械力化学作用的煤基石墨烯纳米片制备及其储锂特性114
7.1 引言114
7.2 煤基石墨烯纳米片的结构表征及其储锂特性114
7.2.1 煤基石墨烯纳米片的结构表征114
7.2.2 煤基石墨烯纳米片的储锂性能120
7.2.3 煤基石墨烯纳米片的微观结构与储锂性能的构效关系123
7.3 煤基石墨烯纳米片的表面修饰及其储锂特性127
7.3.1 B掺杂煤基石墨烯纳米片的结构表征128
7.3.2 B掺杂煤基石墨烯纳米片的储锂性能134
7.3.3 B掺杂煤基石墨烯纳米片的微观结构与储锂性能的构效关系139
7.4 本章小结141
参考文献142
8 煤基多孔石墨化炭的结构调控及其储锂特性144
8.1 引言144
8.2 煤基多孔石墨化炭的结构表征及储锂性能144
8.2.1 煤基多孔石墨化炭的结构表征144
8.2.2 煤基多孔石墨化炭的储锂性能150
8.3 煤基多孔石墨化炭的储锂机制152
8.3.1 本征石墨片层对锂原子的吸附行为155
8.3.2 缺陷石墨片层对锂原子的吸附行为156
8.3.3 双层石墨片层对锂原子的吸附行为156
8.3.4 B掺杂石墨片层对锂原子的吸附行为157
8.4 本章小结158
参考文献159
内容摘要
煤炭清洁高效利用是国家推进实施"碳达峰碳中和"能源发展战略的重要内容，煤的材料化是实现其低碳高值化洁净利用的有效途径之一。锂离子电池作为一种绿色储能器件，广泛应用于便携式电子设备、电动汽车及静态储能系统等领域。负极材料的微观结构是影响锂离子电池性能的关键因素。针对现有商用石墨负极材料存在可逆容量低、倍率性能差等问题，开发高性能新型炭材料来替代传统石墨负极具有重要意义。本文基于无烟煤富含类石墨微晶芳香片层，且原生孔隙发达等特点，以太西无烟煤为原料，在掌握热处理过程中无烟煤微观结构演化规律的基础上，通过合理调控炭化-石墨化过程，在石墨微晶结构中有针对性地引入纳米孔道，构筑以石墨微晶为骨架的煤基多孔石墨化炭。系统研究煤基多孔碳纳米片、煤基石墨烯纳米片等不同多孔石墨化炭微观结构的调控机制、石墨化炭微观结构对负极材料储能特性的内在影响机制等，为高性能石墨化炭负极材料的研发和煤炭资源的低碳高值化利用提供理论依据和技术支撑。
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