铁和锡基氧化物及其碳复合材料作为锂离子电池负极材料的研究与应用

发布时间：2017-05-20 12:10

  本文关键词：铁和锡基氧化物及其碳复合材料作为锂离子电池负极材料的研究与应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,锂离子电池由于具有优异的综合性能而备受瞩目。随着社会的不断发展,小型便携式的电子设备(手机、数码相机、笔记本电脑等)在生活中的应用越来越多,新一代电动汽车的商业化等也对锂离子电池的性能提出了更高的要求。目前商业化的锂离子电池碳类负极材料,其最大的劣势就是比能量密度不能满足人们Ri 益增长的对于锂离子电池性能的要求,因此,开发新型的具有更优异综合性能且价格廉价的锂离子电池负极材料便显得尤为迫切。铁基氧化物与锡基氧化物都具有高比容量、低价格以及环境友好等特点,因此在锂离子电池负极材料的研究过程中备受关注。但是,这类氧化物单独作为锂离子电池负极材料都具有循环寿命短、倍率性能差等缺点。针对这些缺点,最有效的改性手段是将其纳米化以及结构功能化。本文开展了铁基氧化物、锡基氧化物的纳米化研究并采用与碳类材料(石墨烯、无定形碳、导电高分子)进行复合等手段对其改性,主要工作分为以下三个部分：(1)通过铁基干凝胶热处理制备了Fe304与介孔碳的复合材料,研究了不同加热温度、不同升温速率以及不同保温时间对复合材料微观形貌以及电化学性能的影响,实验表明在600℃、5℃/min、6h的条件下制备的复合材料具有最佳的电化学性能。(2)通过水热方式制备Fe304/聚对苯(PPP)、Fe3O4/(PPP-700)(其中(PPP-700)是PPP在N2气氛下700℃保温1h所得产物)、SnO2/(PPP-700)二元复合材料以及SnO2/(PPP-700)/石墨烯(rGO)三元复合材料,实验表明(PPP-700)比PPP改性氧化物的效果更好,SnO2/(PPP-700)/rGO三元复合材料比SnO2/(PPP-700)二元复合材料具有更优异的电化学性能。(3)制备了纳米二氧化锡、石墨烯以及聚苯胺三元复合材料SnO2-rGO-PANI-实验表明,聚苯胺具有阻止SnO2/rGO二元复合材料团聚的作用；制备三元复合材料的过程中,Sn02与氧化石墨烯(GO)存在的最佳质量比例为2：1；同时,Sn02的粒径对于三元复合材料的电化学性能影响很大,使用120℃-28 h水热条件制备的Sn02合成三元复合材料可以得到最佳的电化学性能。
【关键词】：锂离子电池 铁基氧化物 锡基氧化物 水热法 聚对苯 聚苯胺 石墨烯
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 锂离子电池简介12-15
• 1.2.1 锂离子电池的发展史12-13
• 1.2.2 锂离子电池的基本结构以及工作原理13-14
• 1.2.3 锂离子电池的优缺点14-15
• 1.3 锂离子电池电极材料的研究概况15-22
• 1.3.1 锂离子电池正极材料15-18
• 1.3.2 锂离子电池负极材料18-22
• 1.4 四氧化三铁(Fe_3O_4)负极材料的研究进展22-23
• 1.4.1 四氧化三铁的形貌、结构改性研究22-23
• 1.4.2 四氧化三铁的包覆改性研究23
• 1.5 二氧化锡(SnO_2)负极材料的研究进展23-25
• 1.6 石墨烯的应用简介25-26
• 1.6.1 石墨烯的制备25-26
• 1.6.2 石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用26
• 1.7 导电高分子的应用简介26-28
• 1.7.1 聚对苯(PPP)在锂离子电池负极中的应用27
• 1.7.2 聚苯胺(PANI)在锂离子电池负极中的应用27-28
• 1.8 论文的思路和研究内容28-31
• 第二章 实验仪器与方法31-35
• 2.1 实验试剂与仪器31-32
• 2.1.1 实验原料31-32
• 2.1.2 实验设备32
• 2.2 材料表征32-34
• 2.2.1 X-射线衍射(XRD)分析32
• 2.2.2 扫描电镜(SEM)分析32-33
• 2.2.3 透射电镜(TEM)分析33
• 2.2.4 元素分析33
• 2.2.5 比表面积和孔径分析33
• 2.2.6 红外分析33
• 2.2.7 拉曼分析33
• 2.2.8 热重分析(TG)33-34
• 2.3 电化学性能测试34-35
• 2.3.1 扣式电池的组装34
• 2.3.2 循环性能、倍率性能测试34
• 2.3.3 循环伏安(CV)测试34
• 2.3.4 交流阻抗谱(EIS)测试34-35
• 第三章 铁基干凝胶制备Fe_3O_4/C复合材料35-45
• 3.1 材料的制备35-36
• 3.1.1 铁基干凝胶的制备35
• 3.1.2 Fe_3O_4/C复合材料的制备35-36
• 3.2 Fe_3O_4/C复合材料的物相表征和形貌表征36-38
• 3.3 Fe_3O_4/C复合材料的电化学性能38-43
• 3.3.1 不同热处理温度对Fe_3O_4/C复合材料的电化学性能影响38-39
• 3.3.2 不同保温时间对Fe_3O_4/C复合材料的电化学性能影响39-41
• 3.3.3 不同加热速率对Fe_3O_4/C复合材料的电化学性能影响41-42
• 3.3.4 Fe_3O_4/C复合材料的循环性能和倍率性能42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 聚对苯(PPP)以及(PPP-700)/金属氧化物复合材料45-53
• 4.1 材料的制备45-47
• 4.1.1 PPP的制备45
• 4.1.2 (PPP-700)的制备45-46
• 4.1.3 Fe_3O_4/PPP二元复合材料的制备46
• 4.1.4 Fe_3O_4/(PPP-700)二元复合材料的制备46
• 4.1.5 SnO_2/(PPP-700)二元复合材料的制备46
• 4.1.6 SnO_2/(PPP-700)/rGO三元复合材料的制备46-47
• 4.2 复合材料的物相表征和形貌分析47-49
• 4.3 复合材料的电化学性能49-51
• 4.3.1 PPP与(PPP-700)对Fe_3O_4的改性49-50
• 4.3.2 (PPP-700)与rGO对SnO_2的改性50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 纳米二氧化锡(SnO_2)/石墨烯(rGO)/聚苯胺(PANI)三元复合材料53-73
• 5.1 材料的制备53-54
• 5.2 复合材料SnO_2-rGO-PANI的物相表征和形貌分析54-64
• 5.3 SnO_2-rGO-PANI复合材料的电化学性能64-71
• 5.3.1 试样a-SnO_2-rGO-PANI复合材料的循环伏安曲线64-65
• 5.3.2 聚苯胺对于SnO_2-rGO-PANI复合材料的电化学性能的影响65-66
• 5.3.3 二氧化锡含量对于SnO_2-rGO-PANI复合材料的电化学性能的影响66-67
• 5.3.4 不同条件下合成的二氧化锡对于SnO_2-rGO-PANI复合材料的电化学性能的影响67-68
• 5.3.5 三元复合材料(SnO_2-rGO-PANI)的充放电性能和倍率性能68-70
• 5.3.6 三元复合材料(a-SnO_2-rGO-PANI)的电化学阻抗测试曲线70-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第六章 总结73-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-83
• 个人简历83-85
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果85

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