高性能氮掺杂碳材料的制备及其电化学性能研究
发布时间：2022-11-12 14:39
锂离子电池由于其优越的电化学性能而被广泛应用于各种便携式电子设备,但是随着电动车和大规模储能市场的发展,现有锂离子电池的容量亟待提升。氮掺杂作为提升碳负极材料储锂性能的有效方式之一,成为目前重要的研究方向。本文通过对制备的氮掺杂碳材料的形貌结构表征和电化学性能检测,系统的研究了氮掺杂对碳材料的储锂性能的影响和可能机理。主要研究内容如下:（1）以葡萄糖为碳源、三聚氰胺为氮源,通过高温裂解合成氮掺杂碳材料（CNC）,并加入氯化锌作为反应添加剂,研究了锌离子对反应产物微观结构的影响。制得的氮掺杂碳材料中氮的含量高达26.56 wt%,纳米碳晶粒尺寸~1 nm。此外,氯化锌的加入不但可以抑制电化学嵌锂反应中不稳定的石墨氮的生成,还可以调节材料中吡啶氮/吡咯氮的比例。（2）将（1）制备的CNC作为锂离子电池负极材料时,在1 Ag-1的电流密度下拥有1353mAhg-1的比容量。经过100圈循环后仍然保持有1155 mAhg-1的比容量。我们根据S.Freunberger提出的将嵌锂后电极质量和体积作为计算基础的新衡量方法,计算出C...
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池概述
1.2.1 锂离子电池的发展概况
1.2.2 锂离子电池原理及构造
1.2.3 锂离子电池的特点
1.3 锂离子电池负极材料
1.3.1 合金材料
1.3.2 钛基材料
1.3.3 过渡金属氮化物
1.3.4 过渡金属氧化物
1.3.5 碳材料
1.4 氮掺杂碳材料
1.4.1 氮掺杂碳材料的性质
1.4.2 氮掺杂碳材料的分类
1.4.3 氮掺杂碳材料的合成
1.4.4 氮掺杂碳材料在在锂离子负极材料中的应用
1.5 论文的研究意义及主要研究内容
第二章 高氮掺杂碳材料的制备与表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 实验设备
2.2.3 高密度氮掺杂碳材料的制备
2.2.4 材料表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 实验原理
2.3.2 形貌分析
2.3.3 晶相分析
2.3.4 氮掺杂的表征
2.3.5 氮掺杂的机理
2.4 本章小结
第三章 氮掺杂碳材料的储锂性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料
3.2.2 实验设备
3.2.3 电极制备
3.2.4 电池组装
3.2.5 材料表征
3.2.6 电化学测试
3.3 电化学性能测试
3.3.1 CNC-0、CNC-1、CNC-3 样品的循环性能和充放电性能分析
3.3.2 CNC-0、CNC-1、CNC-3 的循环稳定性和倍率性能分析
3.3.3 酸化处理对CNC样品倍率性能的影响
3.3.4 不同热解温度的充放电稳定性及倍率性能
3.4 阻抗分析
3.5 锂离子在CNC电极中的动力学研究
3.6 电极形貌分析
3.7 CNC材料与其它电极材料的比容量和容量密度的比较
3.8 第一性原理分析
3.9 本章小结
第四章 掺氮碳材料的进一步性能优化
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料
4.2.2 实验设备
4.2.3 ZIF-8 前驱体的制备
4.2.4 钒氧化物/碳氮复合材料(VO/CN)的制备
4.2.5 硅/碳复合材料(Si/C)的制备
4.2.6 电极制备
4.2.7 电池组装
4.2.8 材料表征
4.2.9 电化学测试
4.3 Si/C复合材料的结果与讨论
4.3.1 Si/C复合材料的晶相分析
4.3.2 Si/C复合材料的电化学性能分析
4.4 VO/CN复合材料的结果与讨论
4.4.1 VO/CN复合材料的电化学性能分析
4.4.2 VO/CN的电化学性能分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳包覆锂锰钒氧纳米材料的制备及其电化学性能[J]. 崔朝军,段林波,李现常,高倩倩,戴玉强. 精细化工. 2018(07)
[2]半封闭一步热解法制备层状类石墨相C3N4及其性能表征[J]. 杭祖圣,谈玲华,黄玉安,居法银,应三九. 南京理工大学学报. 2011(02)
[3]锂离子电池安全性能影响因素分析[J]. 刘伶,张乃庆,孙克宁,杨同勇,朱晓东. 稀有金属材料与工程. 2010(05)
[4]新能源发电-实现人类的持续发展[J]. 叶峰. 能源与环境. 2008(03)
[5]中间相炭微球（MCMB）的制备与应用[J]. 杨俊和,金鸣林. 材料导报. 2001(08)
[6]锂离子电池中的物理问题[J]. 陈立泉. 物理. 1998(06)
硕士论文
[1]锂离子电池多孔碳负极材料的制备及性能研究[D]. 李巍.南昌大学 2018
本文编号：3706552
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 锂离子电池概述
1.2.1 锂离子电池的发展概况
1.2.2 锂离子电池原理及构造
1.2.3 锂离子电池的特点
1.3 锂离子电池负极材料
1.3.1 合金材料
1.3.2 钛基材料
1.3.3 过渡金属氮化物
1.3.4 过渡金属氧化物
1.3.5 碳材料
1.4 氮掺杂碳材料
1.4.1 氮掺杂碳材料的性质
1.4.2 氮掺杂碳材料的分类
1.4.3 氮掺杂碳材料的合成
1.4.4 氮掺杂碳材料在在锂离子负极材料中的应用
1.5 论文的研究意义及主要研究内容
第二章 高氮掺杂碳材料的制备与表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料
2.2.2 实验设备
2.2.3 高密度氮掺杂碳材料的制备
2.2.4 材料表征
2.3 结果与讨论
2.3.1 实验原理
2.3.2 形貌分析
2.3.3 晶相分析
2.3.4 氮掺杂的表征
2.3.5 氮掺杂的机理
2.4 本章小结
第三章 氮掺杂碳材料的储锂性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料
3.2.2 实验设备
3.2.3 电极制备
3.2.4 电池组装
3.2.5 材料表征
3.2.6 电化学测试
3.3 电化学性能测试
3.3.1 CNC-0、CNC-1、CNC-3 样品的循环性能和充放电性能分析
3.3.2 CNC-0、CNC-1、CNC-3 的循环稳定性和倍率性能分析
3.3.3 酸化处理对CNC样品倍率性能的影响
3.3.4 不同热解温度的充放电稳定性及倍率性能
3.4 阻抗分析
3.5 锂离子在CNC电极中的动力学研究
3.6 电极形貌分析
3.7 CNC材料与其它电极材料的比容量和容量密度的比较
3.8 第一性原理分析
3.9 本章小结
第四章 掺氮碳材料的进一步性能优化
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料
4.2.2 实验设备
4.2.3 ZIF-8 前驱体的制备
4.2.4 钒氧化物/碳氮复合材料(VO/CN)的制备
4.2.5 硅/碳复合材料(Si/C)的制备
4.2.6 电极制备
4.2.7 电池组装
4.2.8 材料表征
4.2.9 电化学测试
4.3 Si/C复合材料的结果与讨论
4.3.1 Si/C复合材料的晶相分析
4.3.2 Si/C复合材料的电化学性能分析
4.4 VO/CN复合材料的结果与讨论
4.4.1 VO/CN复合材料的电化学性能分析
4.4.2 VO/CN的电化学性能分析
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳包覆锂锰钒氧纳米材料的制备及其电化学性能[J]. 崔朝军,段林波,李现常,高倩倩,戴玉强. 精细化工. 2018(07)
[2]半封闭一步热解法制备层状类石墨相C3N4及其性能表征[J]. 杭祖圣,谈玲华,黄玉安,居法银,应三九. 南京理工大学学报. 2011(02)
[3]锂离子电池安全性能影响因素分析[J]. 刘伶,张乃庆,孙克宁,杨同勇,朱晓东. 稀有金属材料与工程. 2010(05)
[4]新能源发电-实现人类的持续发展[J]. 叶峰. 能源与环境. 2008(03)
[5]中间相炭微球（MCMB）的制备与应用[J]. 杨俊和,金鸣林. 材料导报. 2001(08)
[6]锂离子电池中的物理问题[J]. 陈立泉. 物理. 1998(06)
硕士论文
[1]锂离子电池多孔碳负极材料的制备及性能研究[D]. 李巍.南昌大学 2018
本文编号：3706552
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3706552.html
