基于静电、配位与分子自组装理论设计制备三维微纳结构复合材料及其储锂性能研究
发布时间：2023-08-17 18:37
随着工业的快速发展,能源以及环境问题正变得越来越严重。现代社会不断增长的能源需求迫切需要开发更加环保、高效的能量转换和存储系统。以锂离子电池为代表的电化学储能设备虽在经济和社会发展中起着重大作用,但也面临着不小的挑战。电极材料作为锂离子电池体系的核心组成部分,其性能的好坏基本上决定了电池整体性能的优劣。基于材料的组成-结构-性能之间的构效关系,依据锂离子电池不同的储锂机制,设计并制备具有高比容量、长循环寿命的微纳米结构锂离子电池阳极材料已成为社会凾待解决的热点问题。本文基于静电、配位和分子自组装理论,以钛锡氧固溶体、镍钴基酸或碱式碳酸盐等含碳功能复合材料为研究对象,紧密围绕微纳米三维结构复合材料的设计、简易可控构筑与高效储锂性能的主题,成功制备了一系列多种形貌的微纳米结构复合材料。探索了多级微纳米结构复合材料的合成机理与构筑策略,揭示了组成、微纳结构、三维复合的作用机制及对材料电化学性能的影响,并借助HR-TEM、原位XRD、非原位XPS等手段初步探讨了三维结构复合电极材料的储锂机制。主要研究结果如下:(1)微纳米结构钛-锡-氧固溶体/还原氧化石墨烯三维复合材料(Tix
【文章页数】：196 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 锂离子电池简介
1.2.1 锂离子电池阴极材料简介
1.2.2 锂离子电池阳极材料简介
1.3 高容量锂离子电池阳极微纳材料简介
1.3.1 嵌入/脱出型高容量阳极微纳材料
1.3.2 合金型高容量阳极微纳材料
1.3.3 转化型高容量阳极微纳材料
1.3.4 锂金属高容量阳极微纳材料
1.4 高容量锂离子电池阳极微纳材料储锂机理的研究方法简介
1.4.1 原位透射电镜(in-situ TEM)
1.4.2 原位X射线衍射(in-situ XRD)
1.4.3 近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)
1.4.4 其它原位(或准原位)技术
1.4.5 密度泛函理论计算(DFT)
1.5 本论文选题依据及研究内容
1.5.1 选题依据及意义
1.5.2 主要研究内容
第二章 实验试剂、仪器及表征方法
2.1 实验试剂
2.2 实验仪器
2.3 材料表征的方法
2.3.1 X射线衍射分析
2.3.2 傅里叶变换红外光谱分析
2.3.3 X射线光电子能谱分析
2.3.4 热重与差热分析
2.3.5 比表面及孔隙度分析
2.3.6 扫描电子显微镜分析
2.3.7 高分辨透射电子显微镜分析
2.3.8 拉曼光谱分析
2.4 电化学性能测试
2.4.1 扣式电池制备过程
2.4.2 原位电池电极制备与组装过程
2.4.3 循环伏安测试
2.4.4 恒流充放电测试
2.4.5 交流阻抗测试
2.4.6 电极理论容量计算
第三章 三维微纳结构TixSn1-xO2/rGO复合材料的设计、可控制备及其储锂机理与性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 氧化石墨烯的制备
3.2.2 TixSn1-xO2/rGO的制备
3.2.3 海胆状Ti0.8Sn0.2O2/rGO的制备
3.2.4 形貌结构表征所用仪器与条件
3.2.5 电池组装和电化学评估
3.3 结果与讨论
3.3.1 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的XRD谱
3.3.2 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的FTIR图
3.3.3 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的热重分析
3.3.4 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的N2吸附-脱附等温线
3.3.5 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的Raman图
3.3.6 TixSn1-xO2/rGO的形貌分析
3.3.7 Ti0.8Sn0.2O2/rGO的形貌分析
3.3.8 Ti0.8Sn0.2O2/rGO的XPS分析
3.3.9 TixSn1-xO2/rGO的储锂性能
3.3.10 Ti0.8Sn0.2O2/rGO的储锂性能
3.4 TixSn1-xO2/rGO锂储存机理分析
3.5 TixSn1-xO2/rGO电极反应赝电容特性分析
3.6 本章小结
第四章 表面活性剂辅助下Ti0.8Sn0.2O2/C三维微纳结构复合材料的形貌可控制备与储锂性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 不同形貌Ti0.8Sn0.2O2的制备
4.2.2 Ti0.8Sn0.2O2/C复合材料的制备
4.2.3 形貌结构表征用仪器与条件
4.2.4 电池组装和电化学评估
4.3 结果与讨论
4.3.1 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C的XRD
4.3.2 Ti0.8Sn0.2O2/C的FTIR图
4.3.3 Ti0.8Sn0.2O2/C复合材料的热重分析
4.3.4 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C的N2吸附-脱附等温线
4.3.5 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C的Raman图
4.3.6 表面活性剂对Ti0.8Sn0.2O2形貌的影响
4.3.7 Ti0.8Sn0.2O2/C的形貌分析
4.3.8 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C的储锂性能
4.4 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C电极反应赝电容与动力学特性分析
4.5 本章小结
第五章 三维层状结构Ni(HCO3)2纳米立方体/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其储锂机理与性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 Ni(HCO3)2/rGO的制备
5.2.2 Ni(HCO3)2 和Ni(HCO3)2@rGO的制备
5.2.3 形貌结构表征用仪器与条件
5.2.4 电池组装和电化学评估
5.3 结果与讨论
5.3.1 Ni(HCO3)2/rGO和Ni(HCO3)2 的XRD谱
5.3.2 Ni(HCO3)2 和Ni(HCO3)2/rGO的热重分析
5.3.3 Ni(HCO3)2/rGO的FTIR图
5.3.4 Ni(HCO3)2/rGO的Raman图
5.3.5 Ni(HCO3)2 的形貌分析
5.3.6 Ni(HCO3)2/rGO的形貌分析
5.3.7 Ni(HCO3)2/rGO的N2吸附-脱附等温线
5.3.8 Ni(HCO3)2/rGO的储锂性能
5.3.9 Ni(HCO3)2 的储锂性能
5.3.10 Ni(HCO3)2@rGO的储锂性能
5.3.11 浓度对Ni(HCO3)2/rGO形貌颗粒尺寸及性能的影响
5.4 锂存储机理分析
5.5 电极反应动力学分析
5.6 本章小结
第六章 三维开放式结构Co2(OH)2CO3纳米线/还原氧化石墨烯复合材料的简易制备及其储锂机理与性能研究
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 Co2(OH)2CO3/rGO与Co2(OH)2CO3的制备
6.2.2 形貌结构测试仪器与条件
6.2.3 电池组装和电化学评估
6.3 结果与讨论
6.3.1 Co2(OH)2CO3/rGO和Co2(OH)2CO3的XRD谱
6.3.2 Co2(OH)2CO3/rGO和Co2(OH)2CO3的热重分析
6.3.3 Co2(OH)2CO3/rGO的Raman图
6.3.4 Co2(OH)2CO3的形貌分析
6.3.5 Co2(OH)2CO3/rGO的结构形貌分析
6.3.6 Co2(OH)2CO3/rGO的N2吸附-脱附等温线
6.3.7 Co2(OH)2CO3/rGO的储锂性能
6.4 锂存储机理分析
6.5 电极反应动力学分析
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 全文结论
7.2 工作展望
参考文献
作者简历及在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢
本文编号：3842353
【文章页数】：196 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 锂离子电池简介
1.2.1 锂离子电池阴极材料简介
1.2.2 锂离子电池阳极材料简介
1.3 高容量锂离子电池阳极微纳材料简介
1.3.1 嵌入/脱出型高容量阳极微纳材料
1.3.2 合金型高容量阳极微纳材料
1.3.3 转化型高容量阳极微纳材料
1.3.4 锂金属高容量阳极微纳材料
1.4 高容量锂离子电池阳极微纳材料储锂机理的研究方法简介
1.4.1 原位透射电镜(in-situ TEM)
1.4.2 原位X射线衍射(in-situ XRD)
1.4.3 近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)
1.4.4 其它原位(或准原位)技术
1.4.5 密度泛函理论计算(DFT)
1.5 本论文选题依据及研究内容
1.5.1 选题依据及意义
1.5.2 主要研究内容
第二章 实验试剂、仪器及表征方法
2.1 实验试剂
2.2 实验仪器
2.3 材料表征的方法
2.3.1 X射线衍射分析
2.3.2 傅里叶变换红外光谱分析
2.3.3 X射线光电子能谱分析
2.3.4 热重与差热分析
2.3.5 比表面及孔隙度分析
2.3.6 扫描电子显微镜分析
2.3.7 高分辨透射电子显微镜分析
2.3.8 拉曼光谱分析
2.4 电化学性能测试
2.4.1 扣式电池制备过程
2.4.2 原位电池电极制备与组装过程
2.4.3 循环伏安测试
2.4.4 恒流充放电测试
2.4.5 交流阻抗测试
2.4.6 电极理论容量计算
第三章 三维微纳结构TixSn1-xO2/rGO复合材料的设计、可控制备及其储锂机理与性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 氧化石墨烯的制备
3.2.2 TixSn1-xO2/rGO的制备
3.2.3 海胆状Ti0.8Sn0.2O2/rGO的制备
3.2.4 形貌结构表征所用仪器与条件
3.2.5 电池组装和电化学评估
3.3 结果与讨论
3.3.1 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的XRD谱
3.3.2 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的FTIR图
3.3.3 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的热重分析
3.3.4 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的N2吸附-脱附等温线
3.3.5 TixSn1-xO2/rGO和Ti0.8Sn0.2O2/rGO的Raman图
3.3.6 TixSn1-xO2/rGO的形貌分析
3.3.7 Ti0.8Sn0.2O2/rGO的形貌分析
3.3.8 Ti0.8Sn0.2O2/rGO的XPS分析
3.3.9 TixSn1-xO2/rGO的储锂性能
3.3.10 Ti0.8Sn0.2O2/rGO的储锂性能
3.4 TixSn1-xO2/rGO锂储存机理分析
3.5 TixSn1-xO2/rGO电极反应赝电容特性分析
3.6 本章小结
第四章 表面活性剂辅助下Ti0.8Sn0.2O2/C三维微纳结构复合材料的形貌可控制备与储锂性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 不同形貌Ti0.8Sn0.2O2的制备
4.2.2 Ti0.8Sn0.2O2/C复合材料的制备
4.2.3 形貌结构表征用仪器与条件
4.2.4 电池组装和电化学评估
4.3 结果与讨论
4.3.1 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C的XRD
4.3.2 Ti0.8Sn0.2O2/C的FTIR图
4.3.3 Ti0.8Sn0.2O2/C复合材料的热重分析
4.3.4 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C的N2吸附-脱附等温线
4.3.5 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C的Raman图
4.3.6 表面活性剂对Ti0.8Sn0.2O2形貌的影响
4.3.7 Ti0.8Sn0.2O2/C的形貌分析
4.3.8 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C的储锂性能
4.4 Ti0.8Sn0.2O2和Ti0.8Sn0.2O2/C电极反应赝电容与动力学特性分析
4.5 本章小结
第五章 三维层状结构Ni(HCO3)2纳米立方体/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其储锂机理与性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 Ni(HCO3)2/rGO的制备
5.2.2 Ni(HCO3)2 和Ni(HCO3)2@rGO的制备
5.2.3 形貌结构表征用仪器与条件
5.2.4 电池组装和电化学评估
5.3 结果与讨论
5.3.1 Ni(HCO3)2/rGO和Ni(HCO3)2 的XRD谱
5.3.2 Ni(HCO3)2 和Ni(HCO3)2/rGO的热重分析
5.3.3 Ni(HCO3)2/rGO的FTIR图
5.3.4 Ni(HCO3)2/rGO的Raman图
5.3.5 Ni(HCO3)2 的形貌分析
5.3.6 Ni(HCO3)2/rGO的形貌分析
5.3.7 Ni(HCO3)2/rGO的N2吸附-脱附等温线
5.3.8 Ni(HCO3)2/rGO的储锂性能
5.3.9 Ni(HCO3)2 的储锂性能
5.3.10 Ni(HCO3)2@rGO的储锂性能
5.3.11 浓度对Ni(HCO3)2/rGO形貌颗粒尺寸及性能的影响
5.4 锂存储机理分析
5.5 电极反应动力学分析
5.6 本章小结
第六章 三维开放式结构Co2(OH)2CO3纳米线/还原氧化石墨烯复合材料的简易制备及其储锂机理与性能研究
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 Co2(OH)2CO3/rGO与Co2(OH)2CO3的制备
6.2.2 形貌结构测试仪器与条件
6.2.3 电池组装和电化学评估
6.3 结果与讨论
6.3.1 Co2(OH)2CO3/rGO和Co2(OH)2CO3的XRD谱
6.3.2 Co2(OH)2CO3/rGO和Co2(OH)2CO3的热重分析
6.3.3 Co2(OH)2CO3/rGO的Raman图
6.3.4 Co2(OH)2CO3的形貌分析
6.3.5 Co2(OH)2CO3/rGO的结构形貌分析
6.3.6 Co2(OH)2CO3/rGO的N2吸附-脱附等温线
6.3.7 Co2(OH)2CO3/rGO的储锂性能
6.4 锂存储机理分析
6.5 电极反应动力学分析
6.6 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 全文结论
7.2 工作展望
参考文献
作者简历及在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢
本文编号：3842353
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3842353.html
