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1 Vol.39 高等学校化学学报 No 年 4 月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 607 ~ 613 doi: / cjcu 玉米秸秆基多孔生物质碳的制备表征及电化学性能李义, 李纯, 于开锋 ( 吉林大学材料科学与工程学院, 汽车材料教育部重点实验室, 长春 ) 摘要以玉米秸秆为原料, CaCl 2 为活化剂, 制备了多孔生物质碳. 通过 X 射线衍射 ( XRD) 拉曼光谱扫描电子显微镜 (SEM) 透射电子显微镜 (TEM) 和 N 2 吸附脱附分析表征了其微观形貌和结构. 结合微观形貌和结构分析了其电化学性能, 并探究了多孔结构的形成机理. 在 600 下所得样品的比表面积为 m 2 / g, 平均孔径为 9 65 nm. 将该样品用作锂离子电池负极材料, 在 0 2C 倍率下循环 100 次后其放电比容量为 783 ma h / g, 在 10C 倍率下循环 1000 次后比容量为 347 ma h / g, 表明样品具有良好的倍率性能和循环稳定性. 该方法制备的样品具有较大的比表面积, 能够提高电解液的渗透率和增加反应活性位点, 而且丰富的孔结构增大了锂离子和电荷的自由运动空间, 有利于电化学性能的提高. 关键词玉米秸秆 ; 介孔结构 ; 生物质碳 ; 锂离子电池中图分类号 O 文献标志码 A 锂离子电池具有比容量高重量轻循环寿命长及自放电小等优点, 已被广泛应用于移动通信设备笔记本电脑摄像机数码相机等便携式电子产品中 [1~ 4]. 作为主要的负极材料, 碳材料对锂离子电池的性能有重要的影响. 碳材料主要包括石墨软碳和硬碳. 其中, 石墨是最常见的负极材料, 具有能量密度高导电性能和循环性能好及成本较低等优点 [5,6]. 然而, 石墨的层间距离 (0 335 nm) 较小且锂离子在石墨晶体中的扩散距离较长, 这增加了锂离子的扩散阻力 [7] ; 并且在大电流充放电时可能导致锂枝晶在石墨表面生长, 造成锂离子电池内部短路 [8]. 因此, 需要寻求一种新的既能避免产生锂枝晶现象, 同时又兼具石墨优点的结构材料. 生物质碳作为一种锂离子电池负极材料, 具有能量密度更大稳定性更好安全性更高等特点. 这种废料再利用的方式不仅可以减小环境污染, 还可以实现能源绿色化, 在锂离子电池燃料电池和超级电容器等领域具有广阔的应用前景 [9]. 利用玉米秸秆制备的多孔生物质碳具有孔径分布可调控比表面积高孔体积大导电性和导热性良好等特点, 不仅可以有效抑制锂枝晶生长, 还可以提供更多 [10~ 的锂离子传递通道 12] [13]. Wang 等以稻壳为原料合成了一种多孔碳材料, 其在被用作锂离子电池负 [14] 极材料时, 在 10C 的电流密度下放电容量为 137 ma h / g. Li 等从稻壳中制备出无定形碳, 其在 0 2C 的电流密度下循环 100 次后可逆容量为 502 ma h / g. 但是, 它们的可逆容量还不高且循环性能不稳定. 本文在传统的制备方法基础上进行了改进, 以玉米秸秆为原料, CaCl 2 为活化剂, 制备了多孔碳材料. 该方法有以下优点 : (1) 以玉米秸秆为碳源, 可以减少环境污染, 实现资源的再利用 ; (2) CaCl 2 具有很好的阻燃效果, 在玉米秸秆的碳化和活化过程中, 特别是在出料时, 能有效地防止炽热炭的氧化, 可有效提高活性炭的产率 ; (3) CaCl 2 作为活化剂价格便宜, 且可回收循环使用, 降低了生产成本. 另外, 所制备的生物质碳作为锂离子电池的负极材料, 放电比容量大, 循环性能稳定. 在 10C 的大电流密度下, 其放电比容量仍然较高. 收稿日期 : 网络出版日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金 ( 批准号 : ) 资助. 联系人简介 : 于开锋, 男, 博士, 教授, 主要从事功能化材料的合成及应用研究. E mail:yukf@ jlu.edu.cn

2 608 高等学校化学学报 Vol.39 1 实验部分 1.1 试剂与仪器玉米秸秆从长春市南关区耕地上收集 ; CaCl 2 盐酸和无水乙醇 ( CH 3 CH 2 OH) ( 分析纯, 北京化工厂 ); 乙炔黑导电剂 ( 电池级, 瑞士 TIMCAL 公司 ); 聚偏氟乙烯 [PVDF, 阿法埃莎 ( 天津 ) 化学有限公司 ]; N 甲基 2 吡咯烷酮 (NMP, 化学纯, 西陇化工股份有限公司 ); LiPF 6 ( 纯度 99 9%, 金锦乐化学有限公司 ); 实验用水均为去离子水. D / MAX 3 B 型 X 射线粉末衍射仪 ( XRD, 日本 Rigaku 公司, Cu Kα 射线, λ = nm); Renishaw invia 型显微拉曼光谱仪 ( Raman, 英国 Renishaw 公司 ); JSM 6700 F 型扫描电子显微镜 (SEM, 日本 JEOL 公司 ); JEM 2100 F 型透射电子显微镜 (TEM, 日本 JEOL 公司 ); ASAP 2420 型比表面积测试仪 ( 美国麦克仪器公司 ); CT2001 A Land 型电池测试仪 ( 武汉金诺电子有限公司 ); CHI 660 型电化学工作站 ( 上海辰华仪器公司 ); GL 200 S 型手套箱 ( 米开罗那 ( 中国 ) 有限公司 ). 1.2 玉米秸秆基多孔生物质碳的制备将玉米秸秆用去离子水清洗后在干燥箱中于 60 下恒温干燥后粉碎成粉末. 将一定量的秸秆粉末与氯化钙以的质量比进行混合, 充分浸渍后将中间产物在干燥箱中于 60 下烘干, 平均分成 3 份. 将烘干后的样品放入带盖的坩埚后置于马弗炉中, 以 10 / min 的速率从室温升温至 300, 预碳化 3 h, 然后自然冷却至室温. 将预碳化产物放入马弗炉中, 以 10 / min 的速率分别升温至 500, 600 和 700, 活化 1 h 后自然冷却至室温. 将活化后的产物研磨成粉末后, 先加入 200 ml 去离子水溶解出氯化钙, 再置于 2 mol / L 的稀盐酸中浸泡 24 h. 用真空抽滤机对盐酸浸泡的混合液进行抽滤, 反复用 70 ~ 80 的去离子水洗涤直至滤液呈中性后在恒温干燥箱中于 60 下烘干. 将烘干的产物研磨后得到黑色粉末, 即玉米秸秆基多孔生物质碳, 分别标记为 CSC 500, CSC 600, CSC 电化学性能测试将样品乙炔黑和聚偏氟乙烯按照的质量比混合后充分研磨. 在磁力搅拌下, 加入 N 甲基 2 吡咯烷酮, 使混合物形成均一的浆料. 然后将该浆料均匀涂覆在铜箔上, 在真空干燥箱中于 120 下恒温干燥 12 h, 即制得电极片. 在压片机中将电极片压成直径为 12 mm 的圆片作为工作电极, 活性物质的载量约为 0 70 mg / cm 2. 纽扣型 (CR 2025) 电池在充满氩气的手套箱中装配, 湿度和氧气浓度低于 1 mg / L. 以锂片作为对电极和参比电极. 使用 1 mol / L 的 LiPF 6 溶液 ( 碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的质量比为 1 1) 作为电解液. 在 LAND(CT2001 A) 电池测试系统上进行倍率循环性能测试, 测试电压范围为 0 02 ~ 3 0 V. 循环伏安 (CV) 曲线和阻抗测试在 CHI660 C 电化学工作站上进行. 2 结果与讨论 2.1 X 射线衍射和拉曼光谱分析图 1(A) 为样品 CSC 500, CSC 600 及 CSC 700 的 XRD 谱图. 样品在 2θ = 22 和 43 附近的衍射峰分别对应于碳的 (002) 和 (100) 晶面, 表明 3 个样品均为无定形碳结构. 2θ = 22 处衍射峰的出现说明碳材 Fig.1 XRD patterns(a) and Raman spectra(b) of the CSC 500(a), CSC 600(b), and CSC 700( c) samples

Ｎｏ４李义等玉米秸秆基多孔生物质碳的制备表征及电化学性能６０９料中的部分石墨层片之间存在平行堆叠和相互连接２θ ４３处的衍射峰则表明碳材料中的ｓｐ２杂化碳原子相互作用形成了六角晶格结构１５１７图１Ｂ为样品ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００的拉曼光谱对比图１５８０ｃｍ１处的特征峰对应的是碳材料的Ｇ峰归因于碳材料中六角晶格上以

６００下活化后得到的碳材料无定形程度较高材料中含有的缺陷较多有利于提高Ｌｉ储存能力提高可逆容量２０２２微观形貌表征图２为ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００和ＣＳＣ７００样品的ＳＥＭ照片由图２可见所制备的生物质碳材料由很多孔和通道结构组成对比３个样品可以看出ＣＳＣ６００具有最多的孔道结构且带有孔结构的层片结构相互交错形成了较多的狭缝

3 Ｎｏ４李义等玉米秸秆基多孔生物质碳的制备表征及电化学性能６０９料中的部分石墨层片之间存在平行堆叠和相互连接２θ ４３处的衍射峰则表明碳材料中的ｓｐ２杂化碳原子相互作用形成了六角晶格结构１５１７图１Ｂ为样品ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００的拉曼光谱对比图１５８０ｃｍ１处的特征峰对应的是碳材料的Ｇ峰归因于碳材料中六角晶格上以ｓｐ２杂化形式结合而形成的ＣＣ的振动１３６０ｃｍ１处的特征峰是碳材料的Ｄ峰是由碳材料中的无序结构和部分缺陷引起的１８１９碳材料的无序化程度通常用ＩＤＩＧ来表示经计算可知ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００以及ＣＳＣ７００的ＩＤＩＧ值分别为０８５０９８０７９其中ＣＳＣ６００具有最高的ＩＤＩＧ值这说明在６００下活化后得到的碳材料无定形程度较高材料中含有的缺陷较多有利于提高Ｌｉ储存能力提高可逆容量２０２２微观形貌表征图２为ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００和ＣＳＣ７００样品的ＳＥＭ照片由图２可见所制备的生物质碳材料由很多孔和通道结构组成对比３个样品可以看出ＣＳＣ６００具有最多的孔道结构且带有孔结构的层片结构相互交错形成了较多的狭缝这使得样品具有较高的比表面积增大了反应物与电解液的接触面积和渗透率为锂离子的嵌入和脱出提供了更大的自由运动空间有利于提高样品的比容量和循环稳定性而ＣＳＣ５００样品由于活化温度较低不能提供足够的热能而孔道较少１７ＣＳＣ７００样品由于过高的活化温度使得一部分孔道结构坍塌比表面积较小Ｆｉｇ２ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅＣＳＣ５００ＡＣＳＣ６００ＢａｎｄＣＳＣ７００Ｃｓａｍｐｌｅｓ图３为样品ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００的ＴＥＭ照片３个样品的ＴＥＭ照片中均有许多浅色的斑点有些斑点周围还有颜色较深的封闭环这是由于样品内部存在中空结构另外一些没有封闭的斑点是开放的孔道结构其中ＣＳＣ５００样品的孔径较小且相互连通的比较少而ＣＳＣ７００样品具有较多相互连通的孔结构ＣＳＣ６００样品除了具有许多白色的斑点外还有许多颜色较深的枝蔓状物交错分布这是由多孔的层状结构相互交叉重叠导致的表明活化温度不同会影响孔道分布这与ＳＥＭ分析结果一致这种多级孔道结构使得样品具有较大的比表面积提高了锂离子和电子传输空间有利于提高样品的电化学性能Ｆｉｇ３２３ＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅＣＳＣ５００ＡＣＳＣ６００ＢａｎｄＣＳＣ７００Ｃｓａｍｐｌｅｓ比表面积和孔径分析图４Ａ为ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００的Ｎ２吸附脱附等温线３个样品的Ｎ２吸附脱附等温线均属于具有Ｈ４型滞后环的Ⅳ型等温线表明３个样品中均存在大量的介孔这一结果与ＳＥＭ和ＴＥＭ的分析结果一致２１２２图４Ｂ示出了ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００的孔径分布曲线从图中可以看出３个样品的孔径分布主要集中在２２０ｎｍ这与Ｎ２吸附脱附等温线的结果一致根据ＢＥＴ分析可知ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００的比表面积分别为２７３９３７０６和２３７２ｍ２ｇ平均孔径分别为

６１０高等学校化学学报Ｖｏｌ３９８４８９６５和６９３ｎｍＣＳＣ６００的比表面积较大孔径分布较均匀能够为电极和电解液提供更多的接触位点降低电荷扩散的阻力提高充放电比容量Ｆｉｇ４ＮｉｔｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍｓＡａｎｄｐｏｒｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓＢｏｆｔｈｅＣＳＣ５００

4 ６１０高等学校化学学报Ｖｏｌ３９８４８９６５和６９３ｎｍＣＳＣ６００的比表面积较大孔径分布较均匀能够为电极和电解液提供更多的接触位点降低电荷扩散的阻力提高充放电比容量Ｆｉｇ４ＮｉｔｒｏｇｅｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍｓＡａｎｄｐｏｒｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓＢｏｆｔｈｅＣＳＣ５００ＣＳＣ６００ａｎｄＣＳＣ７００ｓａｍｐｌｅｓ２４形成机理分析玉米秸秆基多孔生物质碳的形成机理如图５所示在浸渍过程中ＣａＣｌ２可渗入玉米秸秆内部在热解和碳化过程中ＣａＣｌ２的脱水作用将使热解反应更容易进行在一定温度下玉米秸秆中的ＣａＣｌ２将溶解其中的纤维素半纤维素和木质素并在秸杆内部形成孔道这些孔道将成为碳的活化中心在碳化过程中ＣａＣｌ２留在碳中形成骨架形成乱层石墨微晶结构当进一步加热活化时碳在ＣａＣｌ２骨架上发生沉积和重排从而形成了由石墨晶粒和以ＣａＣｌ２为骨架的无定形碳组成的多相物质当用水洗去ＣａＣｌ２后得到了具有独特的介孔结构的玉米秸秆活性炭材料Ｆｉｇ５２５Ｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓｂｉｏｍａｓｓｃａｒｂｏｎｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｃｏｒｎｓｔａｌｋ电化学性能分析图６Ａ为样品在０２Ｃ倍率下循环１００次的充放电曲线ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００首次放电比容量分别为１１１４６１１７３９和５６９６ｍａｈｇ对应的首次库仑效率分别为５０７４７４和４８１首次库仑效率较低是由于电解液与多孔生物质碳材料反应生成了固体电解质膜ＳＥＩ消耗了部分锂离子从而降低了库仑效率２３ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００在循环１００次后的放电比容量分别为７８３８５７８１和４５３９ｍａｈｇ库仑效率几乎稳定在９７表明样品具有较高的比容量和循环稳定性图６Ｂ为样品的倍率性能曲线从图中可以看出随着电流密度的增加各样品的比容量均逐渐降低但当电流密度重新变回０２Ｃ时电池的可逆容量可恢复说明样品具有非常好的倍率性能其中ＣＳＣ６００在各个倍率下均表现出高于其它２种材料的比容量为进一步测试样品在大电流充放电下的性能将样品在１０Ｃ的电流密度下进行１０００次充放电循环测试结果如图６Ｃ所示从图中可以看出在循环１０００个周期后ＣＳＣ５００ＣＳＣ６００及ＣＳＣ７００的放电容量分别为１２５３４７和１０２

5 No.4 李义等 : 玉米秸秆基多孔生物质碳的制备表征及电化学性能 611 ma h / g. 其中 CSC 600 在大电流快速充放电的条件下仍达到了较高的放电比容量, 并表现出良好的稳定性. 但在充放电过程中, CSC 600 的比容量出现随循环次数增加而增大的现象. 造成这种现象的原因有以下 2 个方面 : (1) 在循环过程中, 材料内部的通道或层间隙被激活, 丰富的孔结构促进了锂离子的快速扩散 [24] ; (2) 随着循环次数的增加, 电解液渗透到活性物质内部, 活性物质内部的官能团增加了锂离子的嵌入位点, 导致比容量增加 [25,26]. 总体来看, CSC 600 在 0 2C 恒倍率变倍率以及 10C 倍率下的性能均优于 CSC 500 和 CSC 700, 这是因为较大的比表面积和更丰富的孔道结构有利于增大与电解液的接触面积, 提高了电解液的渗透率, 增加了反应活性位点 [27] ; 同时也会形成更加稳定的 SEI 膜, 避免了对电极材料的破坏, 从而使电极的循环寿命更长 [28]. Fig.6 Cycling performance profiles at 0 2C(A), rate performance(b), cycling performance profiles at 10C(C) of the CSC 500, CSC 600 and CSC 700 samples 图 7(A) 为 CSC 600 的循环伏安曲线. 扫描电压范围为 0 ~ 3 0 V, 扫描速度为 0 1 mv / s. 从图中可以看出, 第一圈曲线在 0 50 ~ 0 85 V 和 1 00 ~ 1 50 V 之间有 2 个明显的还原峰. 其中, 1 00 ~ 1 50 V 之间的还原峰较弱, 它代表着电极表面上的固体电解质界面膜的形成和电解质溶液的不可逆分解 ; 而 0 50 ~ 0 85 V 之间的还原峰较强, 这可能是由于锂离子在碳材料表面发生了复杂的不可逆反应 [29]. 然而, 曲线的氧化阶段没有出现与之对应的氧化峰, 且这 2 个还原峰也没有在随后的循环中出现. 因此可以将玉米秸秆碳材料在第一圈中的不可逆容量归因于该过程中发生的 2 个不可逆反应 [30]. 观察曲线可以发现, 曲线在 0 V 附近都有 1 个尖锐的还原峰, 对应于锂离子嵌入电极的过程 ; 在 0 15 ~ 0 50 V 之间都有 1 个平缓的氧化峰, 对应于锂离子从电极中脱嵌的过程 [29]. 在热解碳化的过程中, 碳材料的内部会形成大量的孔道结构, 锂离子在孔隙中的嵌入和脱出导致了驼峰的出现 [31], 因此在 1 0 ~ 1 3 V 范围内存在 1 个明显的驼峰. 同时, 第 2, 3 圈的曲线趋于重合, 这说明在循环过程中电极表面形成了稳定的 SEI 膜, 电极材料结构较稳定. Fig.7 Cyclic voltammogram profile( A) and impedances( B) of CSC 600 图 7(B) 为开路电势下测试的 CSC 600 样品循环前和循环 100 次后的阻抗谱图. 测量频率范围为 0 01~10 5 Hz, 振幅为 5 mv. 从图中可以看出, 循环后的高频区半圆明显减小, 说明电荷转移阻抗较小, 电荷传递更容易 [32]. 这是因为多次循环后, 碳材料内部薄壁被破坏, 一些孔道和间隙被打通, 使得电荷的自由活动空间增大. 由于锂离子嵌入 / 脱嵌的频率增加导致电极材料的粗糙度增大, 反应物从电解液扩散到电极反应界面的阻抗增大, 即 Warburg 阻抗增大, 因此阻抗谱中直线部分斜率增大 [33].

6 612 高等学校化学学报 Vol.39 3 结论以玉米秸秆为原料, 经碳化处理和 CaCl 2 活化后制备了多孔生物碳. 对其微观结构进行了表征并探究了其形成机理. 该方法中 CaCl 2 是决定多孔结构形成的关键, 活化温度对样品电化学性能有重要影响. 将所制备的多孔碳用作锂离子电池负极材料, 在 600 制得的样品在 0 2C 倍率下循环 100 次后放电比容量可达 783 ma h / g, 在 10C 倍率下循环 1000 次后比容量为 347 ma h / g. 样品具有良好的循环稳定性和倍率性能, 这是由于带有孔结构的层片结构相互交错形成了较多的狭缝, 使得样品具有高的比表面积, 增大了反应物与电解液的接触面积和渗透率, 为锂离子的嵌入和脱出提供了更大的自由运动空间. 参考文献 [ 1 ] Tang Y., Zhang Y., Li W., Ma B., Chen X., Chem. Soc. Rev., 2015, 44(17), [ 2 ] Wang J., Nie P., Ding B., Dong S., Hao X., Dou H., Zhang X., J. Mater. Chem. A, 2017, 5, [ 3 ] Li H., Wang Z., Chen L., Huang X., Cheminform., 2010, 41(7), [ 4 ] Chen M., Yu C., Liu S., Fan X., Zhao C., Zhang X., Nanoscale, 2015, 7(5), [ 5 ] Marom R., Amalraj S. F., Leifer N., Jacob D., Aurbach D., J. Mater. Chem., 2011, 21(27), [ 6 ] Arico A. S., Bruce P., Scrosati B., Tarascon J., Schalkwijk W. V., Nature Mater., 2005, 4(5), [ 7 ] Deng T., Zhou X., Mater. Lett., 2016, 176, [ 8 ] Striebel K. A., Shim J., Cairns E. J., Kostecki R., Lee Y. J., J. Electro. Soc., 2004, 151, [ 9 ] Hu B., Yu S. H., Wang K., Liu L., Xu X. W., Dalton Trans., 2008, 40(40), [10] Huang Q., Wang S., Zhang Y., Yu B., Hou L., Su G., J. Phys. Chem., 2016, 120(6), [11] Wickramaratne N. P., Xu J., Wang M., Zhu L., Dai L., Chem. Mater., 2014, 26(9), [12] Wen B., Wei S., Shi Z., Lin H. B., Lu H. Y., Chem. J. Chinese Universities., 2013, 34(3), ( 闻斌, 魏双, 施展, 林海波, 陆海彦. 高等学校化学学报, 2013, 34(3), ) [13] Wang L., Schnepp Z., Titirici M., J. Mater. Chem., 2013, 1(17), [14] Li Y., Wang F., Lian J., Hu X., Yu K., New J. Chem., 2016, 40(1), [15] Pan D., Wang S., Zhao B., Wu M., Zhang H., Chem. Mater., 2009, 21(14), [16] Etacheri V., Wang C., O Connell M. J., Chan C. K., Pol V. G., J. Mater. Chem., 2015, 3(18), [17] Fey T. K., Lee D. C., Lin Y. Y., Kumar T. P., Synthetic Met., 2003, 139(1), [18] Beyaz K. S., Darkrim L. F., Levesque D., J. Phys. Chem., 2013, 108(39), [19] Ferrari A., Robertson J., Phys. Rev. B, 2000, 61(20), [20] Ji L., Lin Z., Alcoutlabi M., Zhang X. W., Energy Environ. Sci., 2011, 4(8), [21] Cao Y., Wang K., Wang X., Gu Z., Fan Q., Gibbons W., Electro. Acta, 2016, 212, [22] Liu J., Wen Y., Wang Y., van Aken P. A., Maier J., Yu Y., Adv. Mater., 2014, 26(34) [23] Yang J. J., Choi J. H., Kim H. J., Morita M., Park S. G., J. Ind. Eng. Chem., 2013, 19(5), [24] Wang L., Xue J., Gao B., Gao P., Mou C., Li J., RSC Adv., 2014, 4(110), [25] Kaskhedikar N. A., Maier J., Adv. Mater., 2009, 21, [26] Yun J. H., Jeong S. K., Nahm K. S., Shin J. S., Stephan A. M., J. Phys. Chem. Solids, 2007, 68 ( 2 ), [27] Chen L., Zhang Y., Lin C., Yang W., Meng Y., Guo Y., J. Mater. Chem., 2014, 2(25), [28] Hu Y. S., Adelhelm P., Smarsly B. M., Hore S., Antonietti M., Maier J., Adv. Funct. Mater., 2010, 17 ( 12 ), [29] Song W. L., Fan L. Z., Cao M. S., J. Mater. Chem., 2014, 2(25), [30] Han F. D., Bai Y. J., Liu R., Yao B., Qi Y. X., Lun N., Adv. Energy Mater., 2011, 1(5), [31] Han S. W., Jung D. W., Jeong J. H., Oh E. S., Chem. Eng. J., 2014, 254(7), [32] Lv H., Song Q., Lu G., Fu Y., Li X., Hu C., Electrochim. Acta, 2015, 151, [33] Ratnakuma B. V., Smart M. C., Surampudia S., Battery Conf. Appl. Adv., 2010, 33(47),

No.4 李义等 : 玉米秸秆基多孔生物质碳的制备表征及电化学性能 613 Preparation, Characterization and Electrochemical Properties of Mesoporous Biomass Carbon Derived from Corn Stalk LI Yi, LI Chun, YU Kaifeng ( College of

7 No.4 李义等 : 玉米秸秆基多孔生物质碳的制备表征及电化学性能 613 Preparation, Characterization and Electrochemical Properties of Mesoporous Biomass Carbon Derived from Corn Stalk LI Yi, LI Chun, YU Kaifeng ( College of Materials Science and Engineering, Key Laboratory of Automobile Materials, Ministry of Education, Jilin University, Changchun , China) Abstract Corn stalk was used as raw material to prepare mesoporous biomass carbon using CaCl 2 as activator. The mesoporous biomass carbon was characterized by means of X ray diffraction( XRD), Raman spectroscopy, scanning electron microscopy( SEM), transmission electron microscopy( TEM) and N 2 adsorption desorption analysis. The electrochemical properties of the mesoporous biomass carbon were analyzed and the formation mechanism of the mesoporous structure was explored. For the sample that calcined at 600, the specific surface area was m 2 / g, the average pore size was 9.65 nm. When it was applied as the anode material of lithium ion battery, the discharge capacity of the sample was 783 ma h / g at 0.2C rate after 100 cycles. Even at 10C rate, the electrode demonstrated an excellent high rate capability of 347 ma h / g after 1000 cycles. The sample showed good rate performance and excellent cycle stability due to the large specific surface area, which can improve the permeability of electrolyte and increase the reactive sites. Moreover, the porous struc ture increased the free movement space for lithium ions and charges, which was conducive to the improvement of electrochemical performance. Keywords Corn stalk; Mesoporous structure; Biomass carbon; Lithium ion battery (Ed.: F, K, M) Supported by the National Natural Science Foundation of China( No ). 欢迎订阅 Chemical Research in Chinese Universities Chemical Research in Chinese Universities (CRCU, 高等学校化学研究, 英文版, 双月刊 ) 创刊于 1984 年, 是中华人民共和国教育部委托吉林大学主办的英文版化学学科综合性学术刊物, 为 SCI 收录期刊, 2013 年影响因子 CRCU 聘请了 87 位学术造诣精深的国内外知名化学家组成学术阵容强大的编委会, 其中中国科学院院士 37 位主编为中国科学院院士高分子化学家周其凤教授 CRCU 栏目包括研究论文研究快报和综合评述以新快高 ( 即选题内容新, 文章发表速度快和学术水平及编辑出版质量高 ) 为办刊特色, 集中报道我国高等院校和中国科学院各研究所在化学学科及其交叉学科新兴学科边缘学科等领域开展的基础研究应用研究和重大开发研究所取得的最新成果 CRCU 从 2013 年第 29 卷第 1 期起, 与国际著名出版商 Springer 公司开展合作出版工作纸版刊物的海外发行由 Springer 独家代理, 电子版纳入 SpringerLink 网络平台欢迎广大化学工作者踊跃投稿, 并给予关注和支持 CRCU 采用在线投稿, 网上审稿, 胶版印刷, 编排规范, 装帧质量高国内定价 90 元 / 期 (540 元 / 年 ), 国际刊号 ISSN , 国内刊号 CN / O6, 邮发代号国内读者可在当地邮局订阅欢迎投稿! 欢迎订阅! 通讯地址 : 长春市高新区前进大街 2699 号吉林大学前卫南区高等学校化学学报编辑部 ; 邮政编码 : 联系电话 : ; 传真 : ; E mail: cjcu@ jlu.edu.cn; http: / /

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