哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
生物质作为一种可再生能源，因其来源广泛、产量丰富、无毒、低成本等
优点，在碳质材料的研究中引起了广泛关注。生物质衍生碳以生物质为原料，
降低了电池的制备成本，提高了经济效益。此外，生物质衍生碳还具有独特的
微观结构，且本身也具有自掺杂效应，在锂/钠离子电池负极领域展现出非常大
大的应用价值。因此，本论文以废弃生物质巴旦木壳为原料，采用水热、活化
和掺杂等手段，对材料结构进行优化，制备出一系列巴旦木壳衍生碳材料，将
其作为锂/钠离子电池负极，讨论结构和电化学性能之间的关系。主要内容如下：
以巴旦木壳为前驱体，采用水热预处理与高温活化热解相结合的方法制备
出一系列巴旦木壳衍生多孔碳材料，所制备的材料呈现出丰富的多孔网络结构，
其作为锂离子电池负极时，首次可逆容量为405.4mAhg-1，初始库伦效率为
42.7%，在50mAg-1的电流密度下循环100次容量维持在233mAhg-1。进一步
研究热解温度对材料的影响。结果表明，在热解温度为700℃时得到的样品
（KASC-700）具有最优异的电化学性能。KASC-700作为锂离子电池负极时，
其首次可逆容量为698.8mAhg-1，初始库伦效率为50.39%，在1.0Ag-1电流密
度下循环2000次后容量保持率为74.7%。KASC-700作为钠离子电池负极时，
在500mAg-1下经过1000次循环后容量保持率为92.2%，表现出较高的可逆容
量和卓越的循环稳定性。
为了进一步提升材料的初始库伦效率，以磷酸铵为氮源和磷源，通过水热
预处理与高温一步掺杂的方法将N与P元素引入到巴旦木壳衍生碳材料中。所
制备样品显示出丰富的C-N/P网络结构，N与P协同作用，共同增强材料的导
电性，提升锂离子传输动力学。此外，杂原子能以表面氧化还原反应的形式存
储锂离子，增加材料的可逆容量。将其用作锂离子电池负极时，其首次可逆容
量为544.7mAhg-1，初始库伦效率为61.6%。通过电化学阻抗、循环伏安、恒
电流间歇滴定等手段证明了氮磷共掺杂样品快速的离子传输动力学。进一步研
究了不同磷酸铵添加量对材料性能的影响。结果表明，当巴旦木壳与磷酸铵质
量比为1:1时制备的样品NPC-1具有最好的电化学性能。在50mAg-1下经过
80次循环后，容量保持在344.8mAhg-1，即使在5.0Ag-1大电流密度下仍能保
持70.3mAhg-1的可逆容量，展现出良好的倍率性能和循环性能。
关键词：巴旦木壳；碳材料；锂/钠离子电池；活化；掺杂
-I-
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
Asarenewableenergysource,biomasshasattractedextensiveattentioninthe
studyofcarbonaceousmaterialsduetoitswiderangeofsources,abundantproduction,
non-toxicity,andlowcost.Biomass-derivedcarbonusesbiomassasarawmaterial,
whichreducesthepreparationcostofbatteriesandimproveseconomicbenefits.In
addition,themicrostructureandself-dopingpropertiesofcarbonderivedfrom
biomasshavetremendousapplicationpotentialintheanodefieldoflithium/sodium
ionbatteries.Asaresult,