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摘要

小麦秸秆纤维素碳在锂离子电池负极材料中的应用

摘要

近年来，新能源行业的快速发展促使人们对锂离子电池电极材料的容量提出了更

高的要求。生物质材料在中国的分布十分广泛，对土地产生的污染非常小，是一种成

本低且可循环利用的资源。所以，研究者们尝试着将它作为原材料应用在锂离子电池

能源存储的设备当中。小麦秸秆是秋收后遗留在田地里面的废弃物，北方的冬天，极

大多数场合它都被当做取暖的材料所消耗。所以，如果能将小麦秸秆合理的应用于应

用于锂离子电池领域，既实现了生物质废弃物的资源化，也为高容量负极碳材料的制

备提供了一种新的环保思路。本篇文章以农用废弃物小麦秸秆作为出发点，在实验室

中通过简单的处理提取出其中的有效成分纤维素并应用在锂离子电池电极材料当中。

本次研究合成的所有的电极材料都进行了实验测试，研究的具体内容和结论如下：

（1）以小麦秸秆为原材料制备小麦秸秆纤维素，并用其作为碳源包覆在超细纳米

二氧化锡粒子周围形成复合材料用来提高材料的结构稳定性。小麦秸秆在经过粉碎水

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洗和干燥后得到干净的秸秆粉末。将粉末先与2molL的NaOH溶液按照固液比1：

20的质量比在反应釜中180℃，12h的高温高压条件下除去木质素。洗至中性并充分

烘干后将滤物分散到质量分数为4%的HSO溶液中在水浴锅中以95℃，3h的条件去

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除半纤维素和杂质金属离子。反应完毕后将得到的滤物过滤，洗涤至中性后置于65℃

烘箱干燥，得到白色的小麦秸秆纤维素。之后，将纤维素在300℃下进行预碳化得到

纤维素碳。随后，以尿素和五水四氯化锡为原材料，通过一步水热的方法得到了超细

SnO纳米粒子。将其与经过预碳化过后的小麦秸秆纤维素按照质量比1:5的比例进行

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混合，磨细并分散到360mL的水中，待溶液分散均匀后倒入反应釜中，在200℃的条

件下恒温加热36小时。反应完毕后取出悬浊液，洗涤并干燥。将干燥后的沉淀物充分

研磨，在管式炉中以500℃的条件煅烧180min，最终得到了SnO@WCC复合材料。

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本章节以纯SnO电极材料作为对照组探究碳包覆对SnO电极材料的影响。以葡萄糖

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为碳源合成的SnO@GLU电极材料做为对照组探讨了不同材料碳源包覆二氧化锡对

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电极材料性能和形貌产生的影响。最后，对复合得到的SnO@WCC电极材料进行了

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富氮富硫掺杂来探讨非金属元素对SnO@WCC材料电化学性能的影响。经过大量的

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实验测试表明，富氮和富硫的SnO@WCC电极材料的比容量稳定且在0.2C的电流倍

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I

吉林大学硕士学位论文

-1

率下循环时可以达到1250mAhg。在1C的电流倍率下循环时可以达到并稳定在1145

-1

mAhg。在变倍率下循环电容量也同样表现良好，经大倍率充放电后展示了优异的比

容量，并在恢复到小电流充放电时展示了优异的循环稳定性。

（2）以KOH作为活化剂，通过高温活化处理在预碳化过后的纤维素表面形成孔

道，得到多孔纤维素碳材料，并探究不同的活化剂用量和活化温度对材料微观形貌和

容量性能产生的影响。实验分别将预碳化后的纤维素与KOH以质量比

1:0,1:1,1:2,1:3,1:4和1:5混合，充分研磨后分散到适量去离子水中。随后将