金属氧化物@碳复合纳米材料一步法自组装合成策略和储锂性能研究

发布时间：2021-08-14 03:42

　　锂离子电池的研究在能源紧缺的当今社会一直是被热议的话题。目前,商业锂电池主要使用石墨作为负极材料。但是受限于其较低的质量比容量（372 mAh g-1）,电池整体能量密度提升缓慢。过渡金属氧化物（TMOx）如氧化锰、氧化铁等因为其高比容量,低成本和可调控的纳米结构等优势,成为具有前景的负极材料,受到了研究者的广泛关注。然而,由于此类材料导电性较差且在充放电过程中体积变化严重,导致电极的倍率和循环性能不佳,成为其应用道路上的阻碍。针对以上问题,本文设计了一种一步水热法自组装合成策略,得到了在微米/纳米结构无定形碳基体中均匀分布的过渡金属氧化物纳米颗粒（TMOx@C）。通过调控合成条件,,优化合成工艺,所得TMOx@C微米/纳米复合材料的电子电导率和结构稳定性得到大力改善,表现出优良的储锂性能。本文分别对Mn3O4基复合材料和Fe2O3基复合材料进行了系统的表征和分析,主要研究内容包括:一、采用葡萄糖同时作为还原剂和碳源,通过一步水热法制备出Mn3O4@C微米/纳米方块。优化水热反应温度和退火条件,获得形貌均一,碳含量5%左右的的样品。该样品在与金属锂组装的半电池中,100 mAg-1的电... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．３用Ｓｎ填充的碳纳米管的制备原理，形貌和性能［２１】：??（?

通过水热法制备了核壳结构的Ｆｅ〇ｘ＠Ｃａｒｂ〇ｎ多孔纳米线，以解决在充放电过??程中，锂离子嵌入／脱出时显著体积变化引起的活性材料结构粉碎，从而抑制电导率的损??失和容量的迅速衰减，如图１．５所示。实验研宄发现，核壳结构中适当的空隙空间在调??节体积变化方面起着至关重要的作用。如果空隙太大或太小，会导致ＦｅＯｘ＠Ｃａｒｂｃｍ核壳??结构多孔纳米线的结构损伤和破坏，这归因于在嵌锂／脱锂过程中大幅度的体积膨胀??（－９０％）。当调整ＦｅＯｘ（＾＾体积比（空隙／ＦｅＯｘ）彡１．０４时，可以很好地将电极活性材??料限制在碳壳内并保持良好的导电性，在嵌锂／脱锂过程中也能很好地保证ＦｅＯｘ与碳层??之间的良好接触。通过一系列的电化学性能测试，ＦｅＯｘ＠ｃａｒｂｏｎ核壳结构多孔纳米线在??０．２?Ａｇ－１的电流密度下呈现了?１０４５．４?ｍＡｈ?ｇ－１的高质量比容量和３８０．５?ｍＡｈ?ｃｍ－３的高休积??比容量。??（ａ）?—??Ｆ？ＸＴＡｐｆ＊ｃＫ？〇（?ｏ－?Ｆ？〇ａ?ａ－?Ｆ？Ｋ＞＞４｝６ＩＯ？??８？ｃａ?Ｒｅｍｏｖａｌ?Ｃａｆｔ？ｎｕ？ｉ〇ｎ??ｆ：２００ｎｍ??

硕士学位论文??韩国嘉泉大学的Ｋａｎｇ?Ｓｏｏ?Ｌｅｅ等人１１７］制备了《＋６２０３和还原石墨烯复合材料，如??图１．６所示，这种形貌的材料缩短了锂离子和电子扩散以及传输的途径，提高了导电性，??同时减少了体积应变，提高了材料的循环倍率等电化学性能。??ｇ?Ｅ?１２００１?ａ?ＨＵｆＲＧＯ??０?１?０?２０?３０?４０?５０?ＳＯ??Ｗ??，．＾ｈｏｒｔ?ｍｍ?＾?Ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ＾??ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ?ｖｏｌｕｍｅ?’??ｌｅｎｇｔｈ?ｏｆ?Ｌｉｗ?ＷｌＡ?ｅｘｐａｎｓｉｏｎ?ｉ??ｒ?二：，??图１．６?ａ－Ｆｅ２０３和还原石墨烯复合材料的表征和性能叫：??（ａ）表面形貌，（ｂ）电化学性能以及（ｃ）改善性能的机理??（５）其它负极材料??现阶段的负极材料研宄体系中，还有一些不同于以上几种比较重要的负极材料体系??存。这些负极材料结构稳定性良好，能表现出良好的循环性能。??例如，国防科技大学的Ｃｈｅｎ?Ｃｈｅｎｇ等人通过模版法制备研宄了多孔的Ｇｅ＠Ｃ球??结构复合材料


本文编号：3341700