杂原子掺杂二次电池负极材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2017-03-27 14:13

  本文关键词：杂原子掺杂二次电池负极材料的制备及电化学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文主要采用简单的水热合成及后续的热处理过程制备了氮掺杂TiO_2纳米管/氮掺杂石墨烯纳米片复合物、氮掺杂有序介孔碳、氮磷共掺杂碳微球等一系列杂原子掺杂二次电池负极材料,采用不同的表征手段和电化学性能测试研究了杂原子掺杂对样品结构和电化学性能的影响,主要研究内容如下:以TiO_2纳米粒子为基体,尿素为氮源,少量石墨烯为导电剂,在高浓度的氢氧化钠环境下采用水热合成及热处理方法合成了氮掺杂TiO_2纳米管/氮掺杂石墨烯纳米片复合物,作为锂离子电池负极材料研究其储锂性能,电化学测试结果显示,氮掺杂TiO_2纳米管/氮掺杂石墨烯复合物表现出了优异的放电性能和倍率性能,在0.1A/g的电流密度下循环40次后放电比容量仍达232mAh/g,在5A/g的高电流密度下放电比容量达91 mAh/g。以SBA-15为模板,蔗糖为碳源,尿素为氮源,采用简单的水热合成及热处理方法制备了氮掺杂有序介孔碳(NCMK),作为钠离子电池的负极材料研究其储钠性能,电化学性能测试显示NCMK具有高的放电比容量(0.1A/g的电流密度下首次放电比容量为374mAh/g)、良好的循环性能(0.1A/g的电流密度下循环45次后容量为327mAh/g,每次循环的容量损失仅为1.06mAh/g)及优异的倍率性能(2A/g的电流密度下比容量为98mAh/g)。以葡萄糖为碳源,磷酸氢二胺为氮源和磷源,通过简单的水热反应及后续的热处理过程合成氮磷共掺杂碳微球(NPCM),作为钠离子电池的负极材料研究其储钠性能,电化学性能测试结果表明NPCM具有高的放电比容量(0.1A/g的电流密度下首次放电比容量为305mAh/g)、优异的倍率性能(5A/g的高电流密度下比容量仍然高达136mAh/g)和良好的循环稳定性(0.5A/g的电流密度下循环200次容量保持率高达98%)。
【关键词】：锂离子电池 钠离子电池 杂原子掺杂 TiO_2 介孔碳 碳微球
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912;TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRAC T6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 锂离子电池11-15
• 1.2.1 锂离子电池简介11-12
• 1.2.2 锂离子电池工作原理和性能特点12-14
• 1.2.3 锂离子电池负极材料概述14-15
• 1.3 钠离子电池15-18
• 1.3.1 钠离子电池简介15
• 1.3.2 钠离子电池工作原理和性能特点15-16
• 1.3.3 钠离子电池负极材料概述16-18
• 1.4 杂原子掺杂对电极材料性能的影响18-20
• 1.5 论文的选题依据及主要研究内容20-22
• 1.5.1 论文的选题依据20
• 1.5.2 研究的主要内容20-22
• 第2章 实验方法和测试原理22-28
• 2.1 化学试剂及仪器设备22-23
• 2.2 纽扣电池的制备23-24
• 2.2.1 电极的制备23-24
• 2.2.2 电池的组装24
• 2.3 材料的表征手段24-26
• 2.3.1 X射线衍射（XRD）24
• 2.3.2 拉曼光谱（Raman）24-25
• 2.3.3 热重分析（TG）25
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）25
• 2.3.5 透射电子显微镜（TEM）25
• 2.3.6 X射线光电子能谱（XPS）25-26
• 2.3.7 N_2物理吸附26
• 2.4 电化学分析方法26-28
• 2.4.1 循环伏安（CV）测试26
• 2.4.2 交流阻抗（EIS）测试26-27
• 2.4.3 恒流充放电（CD）测试27-28
• 第3章 氮掺杂二氧化钛纳米管/氮掺杂石墨烯复合物的制备及其储锂性能研究28-40
• 3.1 引言28-29
• 3.2 实验部分29-30
• 3.2.1 氧化石墨烯（GO）的制备29
• 3.2.2 氮掺杂二氧化钛纳米管/氮掺杂石墨烯纳米片复合物的制备29-30
• 3.3 结果与讨论30-38
• 3.3.1 X射线衍射（XRD）测试30-31
• 3.3.2 扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）测试31-33
• 3.3.3 X射线光电子能谱（XPS）测试33-34
• 3.3.4 热重分析（TG）34-35
• 3.3.5 循环伏安（CV）测试35-36
• 3.3.6 恒流充放电（CD）测试36-38
• 3.3.7 交流阻抗（EIS）测试38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 氮掺杂有序介孔碳的制备及其储钠性能研究40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-41
• 4.2.1 前驱体模板介孔硅 (SBA-15) 的制备40-41
• 4.2.2 有序介孔碳（CMK-3）的制备41
• 4.2.3 氮掺杂有序介孔碳 (NCMK) 的制备41
• 4.3 结果和讨论41-49
• 4.3.1 X射线衍射（XRD）测试41-42
• 4.3.2 扫描电镜（SEM）和透射电镜 (TEM) 测试42-43
• 4.3.3 拉曼光谱（Raman）测试43-44
• 4.3.4 氮气（N_2）等温吸脱附曲线测试44-45
• 4.3.5 X射线光电子能谱（XPS）测试45
• 4.3.6 循环伏安（CV）测试45-46
• 4.3.7 恒流充放电（CD）测试46-48
• 4.3.8 交流阻抗（EIS）测试48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 氮磷共掺杂碳微球的制备及其储钠性能研究50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 实验部分50-51
• 5.2.1 碳微球（CM）的制备50-51
• 5.2.2 氮磷共掺杂碳微球（NPCM）的制备51
• 5.3 结果与讨论51-59
• 5.3.1 X射线衍射（XRD）测试51
• 5.3.2 扫描（SEM）电镜和透射（TEM）电镜测试51-52
• 5.3.3 拉曼（Raman）光谱测试52-53
• 5.3.4 X射线光电子能谱（XPS）测试53-54
• 5.3.5 循环伏安（CV）测试54-56
• 5.3.6 恒流充放电（CD）测试56-59
• 5.3.7 交流阻抗（EIS）测试59
• 5.4 本章小结59-61
• 结论61-62
• 参考文献62-71
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果71-72
• 致谢72

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