金属氧化物与石墨烯复合材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2021-01-08 16:06
本文采用化学法设计制备了两种具有三维结构的二氧化锡与石墨烯复合材料和四氧化三钴与石墨烯复合材料,采用SEM、TEM、XRD、TG、XPS、N2吸-脱附、FT-IR和Raman等方法对材料的物化性能进行表征,并将其在充满氩气的手套箱中组装成硬币型电池,采用蓝电系统和电化学工作站对材料进行电化学性能测试,取得了以下主要研究成果。（1）通过湿化学法制备的SnO2量子点胶体溶液,并将其与石墨烯水溶液混合并在水热反应下进行氧化还原反应,设计出具有三维框架的二氧化锡量子点/石墨烯复合材料（3D SnO2 QDs@GF）。SnO2 QDs@GF表面具有大量的介孔和超小型SnO2量子点,大大提高了三维结构的稳定性。这种结构的独特设计提高了比表面积并促进了离子传输。当用作锂离子电池的负极时,它具有1300 mAh g-1的高可逆容量（电流密度为100 mA g-1）,出色的倍率性能和高循环稳定性（电流密度为10A g-1,经过5000次循环后,容量保持率达到98%以上）。该新颖的合成策略可以进一步扩展到生产其他三维金属氧化物量子点/石墨烯复合材料,并作为电化学储能的高性能负极。（2）以氧化石墨烯为基底,...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池应用场景Figure1.1TheapplicationfieldofLithiumionbatteries.电极材料是决定锂离子电池能量密度和循环性能的最主要因素，因此开发具有高锂
上海应用技术大学硕士学位论文第3页子电池，整个充放电过程的电极反应方程如下所示：正极反应：LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe-(1-1)负极反应：6C+xLi++xe-LixC(1-2)电池总反应：LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC(1-3)图1.2锂离子电池工作原理示意图Figure1.2Schematicillustrationofthelithiumionbatteries1.2.3锂离子电池的特点锂离子电池作为新一代的能量储存器件，具有以下主要优点[15]：（1）工作电压窗口大。锂离子电池的工作电压可达3.7V，是商用镍镉、镍氢电池的3倍。（2）能量密度高。质量能量密度可高至265Wh/Kg；圆柱型锂离子电池可达650-680Wh/L，软包及铝壳动力电池可达450-490Wh/L。（3）工作温度窗口宽。锂离子电池可以在-30°C~60°C温度范围内正常工作；特殊工艺处理后可在-45°C下工作。（4）使用寿命长。锂离子电池发展到今天，与其他储能装置相比在循环几千次后仍有较高的容量保持率。（5）自放电率校储满电的锂离子电池在室温条件下一个月的自放电率约为10%，远好于铅酸蓄电池。（6）无记忆效应。充电时不必担心电池所处的使用状态。（7）快速充电。锂离子电池具有大电流密度充电的特性，充电时间约为4-5h，是其他电池充电时间的一半。（8）稳定安全性能好，无污染，绿色环保。锂离子电池在充放电过程中电压输出稳定，性能优异，安全事故较少；且不含有重金属，可回收重复利用。1.2.4锂离子电池的结构组成如图1.3所示，锂离子电池按结构和形状可以分为柱形、纽扣型、方型和平板状等。
第4页上海应用技术大学硕士学位论文锂离子电池由以下组件构成（如图1.4），即：正极、负极、电解液、隔膜、集流体和电池壳等。每一个组件对于LIBs都是必须的，少任何一个都无法正常工作。从LIBs的发展来看，电极材料、电解液和隔膜决定了电化学性能，其中电极材料是最重要的部分。图1.3不同种类锂离子电池形状结构图Figure1.3Theshapeandcomponentsofdifferentlithium-ionbatteriesconfiguration.(a:cylinder,b:coin,c:prismatic,d:planar-Polymer)图1.4电池主要组成部分示意图Figure1.4Thecomponentsoflithium-ionbattery电解液用于正极与负极间锂离子传输，是影响电池性能的重要因素。同时电解液可还原分解使电极表面形成SEI膜。电池的工作电压通常高于水的分解电压且锂在水中极度活泼，所以电解液多采用多种溶剂组成的有机混合溶剂，溶质主要有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸丙烯酯（PC）等组成，溶液主要包括六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂（LiClO4）等。隔膜的主要作用是隔离正负极以防止电子
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极材料研究进展[J]. 薛彩霞. 内蒙古石油化工. 2019(05)
[2]A scalable synthesis of silicon nanoparticles as high-performance anode material for lithium-ion batteries[J]. Jin Li,Juan-Yu Yang,Jian-Tao Wang,Shi-Gang Lu. Rare Metals. 2019(03)
本文编号：2964893
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池应用场景Figure1.1TheapplicationfieldofLithiumionbatteries.电极材料是决定锂离子电池能量密度和循环性能的最主要因素，因此开发具有高锂
上海应用技术大学硕士学位论文第3页子电池，整个充放电过程的电极反应方程如下所示：正极反应：LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe-(1-1)负极反应：6C+xLi++xe-LixC(1-2)电池总反应：LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC(1-3)图1.2锂离子电池工作原理示意图Figure1.2Schematicillustrationofthelithiumionbatteries1.2.3锂离子电池的特点锂离子电池作为新一代的能量储存器件，具有以下主要优点[15]：（1）工作电压窗口大。锂离子电池的工作电压可达3.7V，是商用镍镉、镍氢电池的3倍。（2）能量密度高。质量能量密度可高至265Wh/Kg；圆柱型锂离子电池可达650-680Wh/L，软包及铝壳动力电池可达450-490Wh/L。（3）工作温度窗口宽。锂离子电池可以在-30°C~60°C温度范围内正常工作；特殊工艺处理后可在-45°C下工作。（4）使用寿命长。锂离子电池发展到今天，与其他储能装置相比在循环几千次后仍有较高的容量保持率。（5）自放电率校储满电的锂离子电池在室温条件下一个月的自放电率约为10%，远好于铅酸蓄电池。（6）无记忆效应。充电时不必担心电池所处的使用状态。（7）快速充电。锂离子电池具有大电流密度充电的特性，充电时间约为4-5h，是其他电池充电时间的一半。（8）稳定安全性能好，无污染，绿色环保。锂离子电池在充放电过程中电压输出稳定，性能优异，安全事故较少；且不含有重金属，可回收重复利用。1.2.4锂离子电池的结构组成如图1.3所示，锂离子电池按结构和形状可以分为柱形、纽扣型、方型和平板状等。
第4页上海应用技术大学硕士学位论文锂离子电池由以下组件构成（如图1.4），即：正极、负极、电解液、隔膜、集流体和电池壳等。每一个组件对于LIBs都是必须的，少任何一个都无法正常工作。从LIBs的发展来看，电极材料、电解液和隔膜决定了电化学性能，其中电极材料是最重要的部分。图1.3不同种类锂离子电池形状结构图Figure1.3Theshapeandcomponentsofdifferentlithium-ionbatteriesconfiguration.(a:cylinder,b:coin,c:prismatic,d:planar-Polymer)图1.4电池主要组成部分示意图Figure1.4Thecomponentsoflithium-ionbattery电解液用于正极与负极间锂离子传输，是影响电池性能的重要因素。同时电解液可还原分解使电极表面形成SEI膜。电池的工作电压通常高于水的分解电压且锂在水中极度活泼，所以电解液多采用多种溶剂组成的有机混合溶剂，溶质主要有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸丙烯酯（PC）等组成，溶液主要包括六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂（LiClO4）等。隔膜的主要作用是隔离正负极以防止电子
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极材料研究进展[J]. 薛彩霞. 内蒙古石油化工. 2019(05)
[2]A scalable synthesis of silicon nanoparticles as high-performance anode material for lithium-ion batteries[J]. Jin Li,Juan-Yu Yang,Jian-Tao Wang,Shi-Gang Lu. Rare Metals. 2019(03)
本文编号：2964893
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