钨基微纳复合材料的设计、制备及储能性能研究

发布时间：2020-10-11 18:34

　　 锂离子电池作为绿色的储能装置,因拥有较高的工作电压、较长的使用寿命、无记忆效应等优势,而被普遍的应用到各个领域。但是,在现在这个物联网时代,随着无线射频技术、感应器、智能衣服、智能包装等兴起,商业化锂离子电池已达不到要求。过渡金属氧化物拥有较高的理论容量、来源丰富、价格便宜,特别是混合过渡金属氧化物中不同金属离子之间的协同作用有助于容量的进一步提升,被广泛的认为是最有应用价值的锂离子电池负极材料之一。然而,氧化物本身导电性差,在充放电过程中易发生体积膨胀等问题限制了其实际应用。通过巧妙的设计合成过程,制备具有稳定微纳结构的混合过渡金属氧化物可以有效的缓解上述问题。另外,探究具有特殊结构的混合过渡金属氧化物的生长机制可以指导合成其他的相关材料。另外,锂硫电池作为另一个先进的可逆充电电池,其凭借较高的理论比容量(1675 mAh/g)、储量丰富、无污染等优势逐渐登上新能源储存的舞台。就目前的研究现状来看,影响锂硫电池商业化的主要问题是硫和相应的放电产物的绝缘性、长链多硫化锂的溶解等。通过杂原子掺杂及无机分子功能化后的碳材料,可以有效的固定多硫化物,减小穿梭效应。合理的制备具有高导电性、高载硫量的正极材料,成为锂硫电池发展的需要。本论文主要通过水热法和回流方法来实现钨基微纳复合材料的可控制备,并研究其作为电极材料的电化学性能,论文的主要内容包括:(1)首次在不添加任何表面活性剂的前提下,通过两步水热法成功的合成了 ZnW04六角星结构(HHMs)。通过TEM、SEM和XRD等表征手段分析在不同反应时间下,中间产物的组成、形貌和相的变化。基于上述结果和分析,提出了原位形成和晶格相融的生长机制解释3D六角星形结构的形成过程。将其作为锂离子电池负极材料进行电化学性能测试,倍率性能和循环稳定性明显优于已报道的文献,这主要是因为结构稳定且结晶度高,而且不同金属离子之间的协同效应,可以缓解充放电过程中体积膨胀,提供更多的活性位点。在循环90圈之后,通过SEM表征,发现六角星形结构保留完整,进一步说明了稳定的结构对电化学性能有着重要的作用。(2)首次通过简单低温回流的方法制备了 W2C与N、P掺杂的石墨烯的复合材料。高温还原后的石墨烯具有较高的导电性,可以提高电子传输效率。杂原子掺杂及W2C将石墨烯进行功能化,将W2C@N/P-rGO复合材料作为硫的载体进行锂硫电池性能测试,表现出了优异的电化学稳定性,载硫量高达68%时,在1 C(1 C = 1675 mA/g)的电流密度下,循环500圈之后,放电比容量能维持在大约400mAh/g。高载硫量、优异的电池性能主要得益于不同材料的巧妙组合,优势互补。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TB33;TM912
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
    1.1 锂离子电池简介
        1.1.1 引言
        1.1.2 锂离子电池的工作原理
        1.1.3 锂离子电池正极材料
        1.1.4 锂离子电池负极材料
    1.2 锂硫电池简介
        1.2.1 锂硫电池的工作原理
        1.2.2 锂硫电池的问题与挑战
        1.2.3 正极材料设计
    1.3 本论文的选题背景和主要研究内容
    参考文献
4六角星结构及其电化学性能的研究'>第二章 水热法合成分级ZnWO₄六角星结构及其电化学性能的研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 样品制备
        2.2.3 样品表征
        2.2.4 样品的电化学测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 样品的形貌与结构
        2.3.2 六角星结构的形成机制
        2.3.3 电化学性质
    2.4 本章小结
    参考文献
2C与氮、磷掺杂的还原石墨烯复合材料在锂硫电池中的应用'>第三章 W₂C与氮、磷掺杂的还原石墨烯复合材料在锂硫电池中的应用
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 样品制备
        3.2.3 样品表征
        3.2.4 样品的电化学测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 样品的形貌与结构
        3.3.2 电化学性质
    3.4 本章小结
    参考文献
本论文的创新点和不足
致谢
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本文编号：2836966