基于有机—无机层状化合物原位热解制备金属氧化物/碳复合材料及其电化学性能研究

发布时间：2021-01-06 11:52

　　近年,过渡金属氧化物作为电池负极材料受到广泛关注。然而,过渡金属氧化物自身的电导率低和充放电过程中严重的体积变化,致使其循环性能和实际容量较差,进而阻碍了其实际应用。为了提高过渡金属氧化物的导电性、改善其循环稳定性及大倍率性能,将过渡金属氧化物和碳材料进行纳米化复合成为改善电化学性能的一种有效途径。但是,这种复合材料还存在一些问题,如过渡金属氧化物纳米颗粒在碳基材料上的分散不均匀和锂离子脱嵌过程中体积变化所需的缓冲空间不足。因此,需要寻找粒径小、分布均匀、具有特殊结构的复合材料以实现其电化学性能的进一步提升。本文采用有机-无机层状化合物作为前躯体,采用原位热解方法,制备了Co3O4/C、Fe3O4/C复合材料。结果表明,所制备的Co3O4/C、Fe3O4/C复合材料作为锂离子电池负极均表现出良好的电化学性能。主要研究结果如下：（1）通过原位热分解有机-无机层状化合物Co2（OH）2BDC,生成花瓣状的Co/C纳米片复合材料。显微观察表明,Co纳米颗粒均匀的镶嵌在花瓣状碳层上,粒径约为5 nm。该复合材料作为锂离子电池负极材料,具有较高的容量、良好的循环性能以及大倍率性能。在电流密度10... 

【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：112 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    前言
    1.1 锂离子电池简介
        1.1.1 锂离子电池的结构组成
        1.1.2 锂离子电池的工作原理
    1.2 锂离子电池负极材料的要求
    1.3 锂离子电池负极材料的发展现状
        1.3.1 碳素类材料
            1.3.1.1 石墨类碳材料
            1.3.1.2 非石墨类碳材料
            1.3.1.3 纳米类碳材料
        1.3.2 合金类材料
        1.3.3 3d过渡金属氧化物
3O₄用作负极材料的研究">            1.3.3.1 Fe₃O₄用作负极材料的研究
3O₄用作负极材料的研究">            1.3.3.2 Co₃O₄用作负极材料的研究
        1.3.4 其他类型负极材料
    1.4 原位热解有机-无机（金属）骨架化合物制备负极材料
        1.4.1 有机-无机骨架化合物的简述
        1.4.2 原位热解制备负极材料
    1.5 选题依据和主要研究内容
第二章 实验部分
    2.1 实验原材料和实验仪器
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验仪器
    2.2 材料的表征分析
        2.2.1 X射线衍射分析（XRD）
        2.2.2 差热/热重分析（TG/DTA）
        2.2.3 扫描电子显微分析（SEM）
        2.2.4 透射电子显微分析（TEM）
        2.2.5 拉曼光谱分析（Raman Spectra）
        2.2.6 比表面分析（BET）
    2.3 电化学性能测试
        2.3.1 电极制备
        2.3.2 半电池组装
        2.3.3 充放电测试
        2.3.4 循环伏安与交流阻抗测试
第三章 花瓣状Co/C纳米片复合材料的制备与电化学性能研究
    3.1 引言
    3.2 材料制备
    3.3 实验结果和分析
        3.3.1 材料的物相分析
            3.3.1.1 前躯体
            3.3.1.2 煅烧温度对产物的影响
            3.3.1.3 酸刻蚀处理产物
        3.3.2 材料的热分析与合成机理讨论
        3.3.3 材料的形貌结构分析
            3.3.3.1 扫描电镜分析
            3.3.3.2 透射电镜分析
        3.3.4 材料电化学性能分析
            3.3.4.1 循环伏安特性
            3.3.4.2 循环稳定性能
            3.3.4.3 倍率性能
            3.3.4.4 交流阻抗
    3.4 本章小结
3O₄/C纳米片复合材料的制备与电化学性能研究">第四章 花瓣状Co₃O₄/C纳米片复合材料的制备与电化学性能研究
    4.1 引言
    4.2 材料制备
    4.3 实验结果和分析
        4.3.1 材料的物相分析
        4.3.2 材料的形貌结构分析
            4.3.2.1 扫描电镜分析
            4.3.2.2 透射电镜分析
            4.3.2.3 比表面分析
        4.3.3 材料的电化学性能分析
            4.3.3.1 循环伏安特性
            4.3.3.2 循环稳定性能
            4.3.3.3 倍率性能
            4.3.3.4 交流阻抗
    4.4 本章小结
3O₄纳米片/多孔碳网复合材料的制备与电化学性能研究">第五章 Fe₃O₄纳米片/多孔碳网复合材料的制备与电化学性能研究
    5.1 引言
    5.2 材料制备
    5.3 实验结果和分析
        5.3.1 材料的物相分析
            5.3.1.1 煅烧温度对产物的影响
            5.3.1.2 煅烧时间对产物的影响
        5.3.2 材料的热分析与合成机理讨论
        5.3.3 材料的形貌结构分析
            5.3.3.1 扫描电镜分析
            5.3.3.2 拉曼分析
            5.3.3.3 透射电镜分析
            5.3.3.4 比表面分析
        5.3.4 材料的电化学性能分析
            5.3.4.1 循环伏安特性
            5.3.4.2 循环稳定性能
            5.3.4.3 倍率性能
            5.3.4.4 交流阻抗
    5.4 本章小结
第六章 新型骨架化合物前躯体的合成和结构表征
    6.1 引言
    6.2 材料制备
4·2H₂O">        6.2.1 制备FeSO₄·2H₂O
2（H₂O）[BP₂O₇（OH）]">        6.2.2 制备Cu₂（H₂O）[BP₂O₇（OH）]
    6.3 实验结果和分析
        6.3.1 物相分析
        6.3.2 化合物结构解析
        6.3.3 化合物结构描述
    6.4 本章小结
第七章 结论
参考文献
致谢
个人简历
期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池材料的研究现状[J]. 赵灵智,汝强.  广州化工. 2009(04)
[2]锂离子电池发展的前瞻——第14届国际锂电池会议评述[J]. 何向明,李建刚,王莉,任建国.  电池. 2008(04)
[3]锂离子电池正极材料层状Li-Ni-Co-Mn-O的研究[J]. 唐爱东,王海燕,黄可龙,谭斌,王晓玲.  化学进展. 2007(09)
[4]功能金属-有机骨架材料的应用[J]. 穆翠枝,徐峰,雷威.  化学进展. 2007(09)
[5]无机-有机杂化材料控制合成、结构调控与性能研究[J]. 陈荣.  中国科学基金. 2006(05)
[6]金属有机骨架材料的合成及应用[J]. 魏文英,方键,孔海宁,韩金玉,常贺英.  化学进展. 2005(06)
[7]锂离子电池负极石墨材料的修饰与改性[J]. 路密,尹鸽平,史鹏飞.  电池. 2001(04)
[8]锂离子电池负极材料的现状与发展[J]. 吴国良.  电池. 2001(02)
[9]锂离子电池负极材料的制备 ——用气相氧化法改性天然石墨[J]. 吴宇平,万春荣,姜长印,李建军.  电池. 2000(04)
[10]电动车电池的开发现状及展望[J]. 毕道治.  电池工业. 2000(02)

博士论文
[1]新型金属有机骨架晶体材料的设计合成、结构与性能研究[D]. 朝鲁门.吉林大学 2013

硕士论文
[1]球状Co3O4-低维碳复合材料的制备及其锂离子电池负极性能研究[D]. 曹建国.湖南大学 2013
[2]Fe3O4磁性纳米粒子的可控制备与研究[D]. 马慧.山西师范大学 2013
[3]溶剂热法制备纳米四氧化三铁研究[D]. 付佳.西安建筑科技大学 2007



本文编号：2960519