Fe 2 O 3 /煤基炭纳米复合材料制备及其储锂性能研究
发布时间：2021-11-05 10:25
具有高能量密度和功率密度的锂离子电池被认为是很有潜力的新一代电能储存设备,其中高容量、循环稳定性好的负极材料是提升锂离子电池性能的关键要素之一。基于炭材料低的工作电压、良好的可逆性和导电性,本文以中国富产的煤炭为原料,探讨了煤基复合炭纳米电极材料制备的新工艺及新技术。论文设计并制备出具有特殊纳米结构的Fe203,研究了粉体煤基氧化石墨烯/Fe2O3复合材料（P-CGO/Fe2O3）、自支撑煤基氧化石墨烯/Fe2O3复合材料（S-CGO/Fe2O3）以及自支撑煤基石墨烯量子点/Fe2O3复合材料（S-CGQDs/Fe2O3）可控制备工艺;并进一步对上述系列Fe2O3/煤基炭纳米复合材料作为锂离子电池负极材料的储锂性能进行了系统研究,主要研究结果如下:（1）采用水热、高温热处理等技术成功制备得到了 P-CGO/Fe2O3粉体材料,当CGO与FeSO4的质量比为1:9.3时,所制备的P-CGO/Fe2O3复合材料中Fe2O3分布均匀,并呈独特的“纳米花”状结构。电化学性能分析结果表明,该复合材料在1A/g电流密度下充放电循环210次后的放电比容量仍为610 mAh/g,容量保持率为75.1%...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池结构示意图
K Zaghib 等人[46]于 1996 年首次提出钛酸锂（Li4Ti5O12）材料可以作为负极材料电压正极材料组成锂离子电池。经研究证明，Li4Ti5O12是一种嵌入脱出机制的负极，相比于合金以及过渡金属化合物来说，Li4Ti5O12负极材料在充放电过程中自身体乎并未发生任何改变，这种“零应变”的特性使其具备优异的循环性能。此外，较快离子扩散系数（2 10-8m2/s）及较高的嵌锂电位使其具备新一代锂离子电池充电过和安全系数高的特性[47]。但是，Li4Ti5O12相对较低的理论容量（170mAh/g）、较差电性以及较高的嵌锂电位带来的低能量密度均制约着其商品化应用。为了提i4Ti5O12负极材料的能量密度和电子电导率，研究人员往往采用减小 Li4Ti5O12颗粒尺8, 49]、导电材料包覆 Li4Ti5O12[50, 51]以及金属离子掺杂 Li4Ti5O12[52, 53]等方法对其进行。.3.4 碳负极材料碳材料具有较低的工作电压、良好的可逆性和导电性，作为锂离子电池负极材料实现了商业化应用[54]。碳材料具有诸多的同素异构体结构，如图 1.3 所示。根据碳结构的不同可将其分为三类：1）石墨化碳，2）非石墨化硬碳，3）非石墨化软碳
环伏安测试手段分析 P-CGO/Fe2O3复合电极材料充放电过程电荷的存储机理。（2）以(NH4)2C2O4 H2O、FeCl3 6H2O 和 CGO 为原料，泡沫镍为基底，通过二次电沉积技术制备出具有自支撑结构的 S-CGO/Fe2O3复合电极材料；采用 SEM、XRD 以及Raman 等测试手段探究电沉积电流密度，电解液中 DMF 与 H2O 比例对产物结构和形貌的影响规律；采用电化学测试手段研究讨论 CGO 的添加对 S-CGO/Fe2O3复合电极材料储锂性能的影响规律，通过循环伏安测试手段分析 S-CGO/Fe2O3复合电极材料在充放电过程电荷的存储机理。（3）以太西无烟煤为原料，采用硝酸氧化剪切制备CGQDs，进而以制备的CGQDs、(NH4)2C2O4 H2O 及 FeCl3 6H2O 为原料，采用恒电压电沉积制备出具有自支撑结构的 SCGQDs/Fe2O3复合电极材料；通过 UV-Vis 和 PL 对 CGQDs 进行了光学性质测定，采用SEM、TEM、SAED、XRD 以及 Raman 等测试手段对 S-CGQDs/Fe2O3复合电极材料的组成、结构和形貌进行分析表征；并评价其电化学储锂性能，通过循环伏安测试手段分析 S-CGQDs/Fe2O3复合电极材料在充放电过程电荷的存储机理。1.4.3 技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[2]以太西无烟煤为前驱体制备煤基石墨烯的研究[J]. 张亚婷,周安宁,张晓欠,邱介山. 煤炭转化. 2013(04)
[3]碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能[J]. 徐桂银,丁兵,聂平,骆宏钧,张校刚. 物理化学学报. 2013(03)
本文编号：3477622
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池结构示意图
K Zaghib 等人[46]于 1996 年首次提出钛酸锂（Li4Ti5O12）材料可以作为负极材料电压正极材料组成锂离子电池。经研究证明，Li4Ti5O12是一种嵌入脱出机制的负极，相比于合金以及过渡金属化合物来说，Li4Ti5O12负极材料在充放电过程中自身体乎并未发生任何改变，这种“零应变”的特性使其具备优异的循环性能。此外，较快离子扩散系数（2 10-8m2/s）及较高的嵌锂电位使其具备新一代锂离子电池充电过和安全系数高的特性[47]。但是，Li4Ti5O12相对较低的理论容量（170mAh/g）、较差电性以及较高的嵌锂电位带来的低能量密度均制约着其商品化应用。为了提i4Ti5O12负极材料的能量密度和电子电导率，研究人员往往采用减小 Li4Ti5O12颗粒尺8, 49]、导电材料包覆 Li4Ti5O12[50, 51]以及金属离子掺杂 Li4Ti5O12[52, 53]等方法对其进行。.3.4 碳负极材料碳材料具有较低的工作电压、良好的可逆性和导电性，作为锂离子电池负极材料实现了商业化应用[54]。碳材料具有诸多的同素异构体结构，如图 1.3 所示。根据碳结构的不同可将其分为三类：1）石墨化碳，2）非石墨化硬碳，3）非石墨化软碳
环伏安测试手段分析 P-CGO/Fe2O3复合电极材料充放电过程电荷的存储机理。（2）以(NH4)2C2O4 H2O、FeCl3 6H2O 和 CGO 为原料，泡沫镍为基底，通过二次电沉积技术制备出具有自支撑结构的 S-CGO/Fe2O3复合电极材料；采用 SEM、XRD 以及Raman 等测试手段探究电沉积电流密度，电解液中 DMF 与 H2O 比例对产物结构和形貌的影响规律；采用电化学测试手段研究讨论 CGO 的添加对 S-CGO/Fe2O3复合电极材料储锂性能的影响规律，通过循环伏安测试手段分析 S-CGO/Fe2O3复合电极材料在充放电过程电荷的存储机理。（3）以太西无烟煤为原料，采用硝酸氧化剪切制备CGQDs，进而以制备的CGQDs、(NH4)2C2O4 H2O 及 FeCl3 6H2O 为原料，采用恒电压电沉积制备出具有自支撑结构的 SCGQDs/Fe2O3复合电极材料；通过 UV-Vis 和 PL 对 CGQDs 进行了光学性质测定，采用SEM、TEM、SAED、XRD 以及 Raman 等测试手段对 S-CGQDs/Fe2O3复合电极材料的组成、结构和形貌进行分析表征；并评价其电化学储锂性能，通过循环伏安测试手段分析 S-CGQDs/Fe2O3复合电极材料在充放电过程电荷的存储机理。1.4.3 技术路线图
【参考文献】：
期刊论文
[1]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
[2]以太西无烟煤为前驱体制备煤基石墨烯的研究[J]. 张亚婷,周安宁,张晓欠,邱介山. 煤炭转化. 2013(04)
[3]碳纳米管/氧化石墨烯/硫复合正极材料的制备及其电化学性能[J]. 徐桂银,丁兵,聂平,骆宏钧,张校刚. 物理化学学报. 2013(03)
本文编号：3477622
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