基于Ti 3 C 2 MXene的多离子插层负极材料制备及其电化学性能研究

发布时间：2024-04-11 00:41

　　近年来,锂离子电池因能量密度大、循环稳定性好、环境污染小等优势成为便捷式电子产品市场的主流。2011年,美国Drexel大学报导了一种通过HF刻蚀MAX相所得的二维层状碳化物和/或氮化物(MXene),它表现出类石墨烯的导电性和大的比表面积,被誉为锂离子电池负极材料的理想原料。然而,MXene片层在充放电过程中存在的自发团聚和坍塌问题限制了其在锂离子电池中的应用。研究显示,插层改性可增加锂离子传输活性位点;同时,插层材料的引入可通过“支柱”效应降低自堆叠和坍塌,从而改善锂离子电池电化学性能。本文选用代表性MAX相(Ti₃AlC₂)为前驱体,采用HF液相刻蚀法制备了Ti₃C₂ MXene材料,研究了HF浓度、刻蚀反应时间及温度对MXene物相组成、显微结构、价态分布的影响。同时,选择Li⁺、Na⁺和Sn⁴⁺三种阳离子对Ti₃C₂ MXene进行插层改性研究。实验中,对比了“两步插层法”(先HF...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
引言
第1章 文献综述
    1.1 锂系电池的研究现状及发展趋势
    1.2 锂离子电池概述
        1.2.1 锂离子电池的构造与工作原理
        1.2.2 锂离子电池的特点
    1.3 锂离子电池负极材料
        1.3.1 碳素负极材料
        1.3.2 非碳负极材料
    1.4 新型二维材料MXene概述
        1.4.1 MAX相材料
        1.4.2 MXene材料的制备与特性
        1.4.3 MXene的插层与分层
        1.4.4 基于MXene改性及其电化学性能的研究
    1.5 研究内容及意义
        1.5.1 研究内容
        1.5.2 研究意义
第2章 实验与分析测试方法
    2.1 实验试剂及仪器设备
        2.1.1 实验原料及试剂
        2.1.2 实验仪器及设备
    2.2 实验方案
        2.2.1 Ti₃C₂ MXene材料的制备
        2.2.2 Ti₃C₂ MXene材料的分层处理
        2.2.3 阳离子插层Ti₃C₂ MXene材料的制备
    2.3 实验测试及表征
        2.3.1 X射线衍射物相分析
        2.3.2 扫描电子显微镜表征
        2.3.3 透射电子显微镜表征
        2.3.4 X射线光电子能谱分析
        2.3.5 氮气吸脱附分析
    2.4 电化学性能测试
        2.4.1 电极制备与电池组装
        2.4.2 电池恒流充放电测试
第3章 Ti₂C₃ MXene材料的制备与表征
    3.1 HF浓度对Ti₃C₂ MXene材料的影响
    3.2 刻蚀时间对Ti₃C₂ MXene材料的影响
    3.3 温度对Ti₃C₂ MXene材料的影响
    3.4 本章小结
第4章 Ti₃C₂ MXene材料的分层处理
    4.1 插层方式对Ti₃C₂ MXene分层的影响
    4.2 表面活性剂链长对Ti₃C₂ MXene分层的影响
    4.3 超声时间对Ti₃C₂ MXene分层的影响
    4.4 本章小结
第5章 离子插层Ti₃C₂ MXene材料的制备及电化学性能研究
    5.1 离子插层Ti₃C₂ MXene材料的制备
        5.1.1 Li⁺插层对Ti₃C₂ MXene材料的影响
        5.1.2 Na⁺插层对Ti₃C₂ MXene材料的影响
        5.1.3 Sn⁴⁺插层对Ti₃C₂ MXene材料的影响
    5.2 离子插层Ti₃C₂ MXene材料的电化学性能研究
        5.2.1 离子插层Ti₃C₂ MXene材料的充放电行为
        5.2.2 离子插层Ti₃C₂ MXene材料的循环稳定性
        5.2.3 离子插层Ti₃C₂ MXene材料的倍率性能
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 论文结论
    6.2 不足与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文



本文编号：3950606