石墨烯基复合材料的调控合成及其储锂性能的研究
发布时间：2021-10-12 05:25
石墨烯基复合材料具有独特的物理化学性质，其在电化学储锂等诸多领域具有极大的应用潜力。精细调控石墨烯基复合材料中不同基元材料的结构、形貌和界面耦合形态，进而优化复合材料电极的导电性、结构稳定性和电极界面性能，对开发高能量密度、大功率密度和循环稳定的新型储锂材料具有重要意义。本论文以石墨烯基复合材料的可控制备与电化学储锂性能为主线，分别从石墨烯材料的储锂机制、石墨烯对过渡金属化合物材料储锂性能的影响、石墨烯基复合材料的调控合成及其电化学性能，以及高含量氮掺杂对石墨烯电化学性能的影响等方面进行了研究。使用电化学阻抗谱（EIS）法系统地研究了石墨烯材料电极的首次阴极极化过程，分析了锂离子嵌入过程中的SEI膜阻抗和电荷传递电阻随电极极化电位的变化。研究表明，石墨烯材料电极表面的SEI膜主要在0.950.7V之间形成，石墨烯电极在较低电极电位下的嵌锂反应具有较好的可逆性，测得锂离子在石墨烯材料电极中的电化学嵌入反应的对称因子α为0.446。直接使用氧化石墨烯为原料，采用水热-自组装法制备了石墨烯基纳米Fe2O3复合材料。该复合材料中的石墨烯和Fe2O3纳米晶均具有可逆储锂功能...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
常见的二次电池的能量密度对比
x x+ + （1-2）图1-2 常规锂离子电池的工作原理图Figure 1-2 Schematic of work principle of traditional lithium ion cell.1.3 锂离子电池电极材料（Electrode Materials of LIB）1.3.1 正极材料锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和包装材料等构成。一般而言，正极材料应具备以下特点[14-17]：（1）具备较高的嵌脱锂电位；（2）单位质量的材料能可逆嵌脱尽量多的锂离子；（3）锂离子在材料中的扩散速度快；（4）在锂离子嵌脱过程中，材料的结构与体积变化小；（5）在所要求的工作条件下，具有与电解质溶液的电化学相容性；（6）高度的可逆储锂性能；（7）全锂化状态下在空气中的稳定性，易于合成，成本低廉。目前研究和应用较多的正极材料主要是锂过渡金属化合物，根据结构和锂离子脱/嵌方式的差异，可以大致分为以下几类：（a）层状正极材料如 LiMO2（M=Co，Ni
5也一直是其面临的一个重要问题。图1-3 层状LiCoO2（a）和尖晶石型LiMn2O4（b）的结构示意图Figure 1-3 Structures of layered LiCoO2(a) and spinel LiMn2O4(b).聚阴离子型化合物是一系列含有四面体或者八面体阴离子结构单元(XOm)n-（X = P、S、As、Mo 和 W）的化合物的总称。这些结构单元通过强共价键连成的三维网络结构并形成更高配位的由其它金属离子占据的空隙，使得聚阴离子型化合物正极材料具有和金属氧化物正极材料不同的晶相结构以及由结构决定的各种突出的性能[20]。橄榄石结构 LiMPO4材料属于典型的聚阴离子型正极材料，它的相关研究始于 1997 年 Goodenough 等人的开创性工作[21]，其代表材料是LiFePO4，其属于正交晶系，Pmnb空间群，每个单胞含有四个单位的LiFePO4[21,22]。如图 1-4 所示，铁原子和锂原子分别在 4c 和 4a 位置与 6 氧原子配位形成 FeO6和 LiO6八面体结构；磷原子与 4 氧原子配位形成 PO4四面体，占据四面体的 4c位置。八面体结构的 FeO6在晶体的 bc 面上相互连接
【参考文献】：
期刊论文
[1]编者按[J]. 陈军,李亚栋. 科学通报. 2013(31)
[2]石墨烯包裹Cu2+1O/Cu复合材料的制备及其储锂性能[J]. 田雷雷,魏贤勇,庄全超,宗志敏,孙世刚. 化学学报. 2013(09)
[3]不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究[J]. 万臣,彭同江,孙红娟,黄桥. 无机化学学报. 2012(05)
[4]石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用[J]. 周冠蔚,何雨石,杨晓伟,高鹏飞,廖小珍,马紫峰. 化学进展. 2012(Z1)
[5]α-Fe2O3/C复合材料的制备及性能研究[J]. 吴超,庄全超,徐守冬,崔永丽,强颖怀,孙智. 化学学报. 2012(01)
[6]基于转化反应机制的锂离子电池电极材料研究进展[J]. 吴超,崔永丽,庄全超,徐守冬,沈明芳,史月丽,孙智. 化学通报. 2011(11)
[7]锂离子电池用富锂层状正极材料[J]. 吴承仁,赵长春,王兆翔,陈立泉. 化学进展. 2011(10)
[8]Mechanism of intercalation and deintercalation of lithium ions in graphene nanosheets[J]. TIAN LeiLei 1 , ZHUANG QuanChao 1* , LI Jia 1 , SHI YueLi 1 , CHEN JianPeng 1 , LU Feng 1 & SUN ShiGang 2 1 School of Materials Science and Engineering, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China; 2 State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, Department of Chemistry, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China. Chinese Science Bulletin. 2011(30)
[9]Li2MnSiO4/C复合材料的制备与性能表征[J]. 张倩倩,庄全超,徐守冬,邱祥云,崔永丽,史月丽. 硅酸盐通报. 2011(04)
[10]纳米多级结构枣核型多孔氧化亚铜的合成及拉曼性质[J]. 孙都,殷鹏刚,郭林. 物理化学学报. 2011(06)
博士论文
[1]锂离子电池电极界面特性研究[D]. 庄全超.厦门大学 2007
本文编号：3431975
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
常见的二次电池的能量密度对比
x x+ + （1-2）图1-2 常规锂离子电池的工作原理图Figure 1-2 Schematic of work principle of traditional lithium ion cell.1.3 锂离子电池电极材料（Electrode Materials of LIB）1.3.1 正极材料锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液和包装材料等构成。一般而言，正极材料应具备以下特点[14-17]：（1）具备较高的嵌脱锂电位；（2）单位质量的材料能可逆嵌脱尽量多的锂离子；（3）锂离子在材料中的扩散速度快；（4）在锂离子嵌脱过程中，材料的结构与体积变化小；（5）在所要求的工作条件下，具有与电解质溶液的电化学相容性；（6）高度的可逆储锂性能；（7）全锂化状态下在空气中的稳定性，易于合成，成本低廉。目前研究和应用较多的正极材料主要是锂过渡金属化合物，根据结构和锂离子脱/嵌方式的差异，可以大致分为以下几类：（a）层状正极材料如 LiMO2（M=Co，Ni
5也一直是其面临的一个重要问题。图1-3 层状LiCoO2（a）和尖晶石型LiMn2O4（b）的结构示意图Figure 1-3 Structures of layered LiCoO2(a) and spinel LiMn2O4(b).聚阴离子型化合物是一系列含有四面体或者八面体阴离子结构单元(XOm)n-（X = P、S、As、Mo 和 W）的化合物的总称。这些结构单元通过强共价键连成的三维网络结构并形成更高配位的由其它金属离子占据的空隙，使得聚阴离子型化合物正极材料具有和金属氧化物正极材料不同的晶相结构以及由结构决定的各种突出的性能[20]。橄榄石结构 LiMPO4材料属于典型的聚阴离子型正极材料，它的相关研究始于 1997 年 Goodenough 等人的开创性工作[21]，其代表材料是LiFePO4，其属于正交晶系，Pmnb空间群，每个单胞含有四个单位的LiFePO4[21,22]。如图 1-4 所示，铁原子和锂原子分别在 4c 和 4a 位置与 6 氧原子配位形成 FeO6和 LiO6八面体结构；磷原子与 4 氧原子配位形成 PO4四面体，占据四面体的 4c位置。八面体结构的 FeO6在晶体的 bc 面上相互连接
【参考文献】：
期刊论文
[1]编者按[J]. 陈军,李亚栋. 科学通报. 2013(31)
[2]石墨烯包裹Cu2+1O/Cu复合材料的制备及其储锂性能[J]. 田雷雷,魏贤勇,庄全超,宗志敏,孙世刚. 化学学报. 2013(09)
[3]不同氧化程度氧化石墨烯的制备及湿敏性能研究[J]. 万臣,彭同江,孙红娟,黄桥. 无机化学学报. 2012(05)
[4]石墨烯及其复合材料在锂离子电池中的应用[J]. 周冠蔚,何雨石,杨晓伟,高鹏飞,廖小珍,马紫峰. 化学进展. 2012(Z1)
[5]α-Fe2O3/C复合材料的制备及性能研究[J]. 吴超,庄全超,徐守冬,崔永丽,强颖怀,孙智. 化学学报. 2012(01)
[6]基于转化反应机制的锂离子电池电极材料研究进展[J]. 吴超,崔永丽,庄全超,徐守冬,沈明芳,史月丽,孙智. 化学通报. 2011(11)
[7]锂离子电池用富锂层状正极材料[J]. 吴承仁,赵长春,王兆翔,陈立泉. 化学进展. 2011(10)
[8]Mechanism of intercalation and deintercalation of lithium ions in graphene nanosheets[J]. TIAN LeiLei 1 , ZHUANG QuanChao 1* , LI Jia 1 , SHI YueLi 1 , CHEN JianPeng 1 , LU Feng 1 & SUN ShiGang 2 1 School of Materials Science and Engineering, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China; 2 State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, Department of Chemistry, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China. Chinese Science Bulletin. 2011(30)
[9]Li2MnSiO4/C复合材料的制备与性能表征[J]. 张倩倩,庄全超,徐守冬,邱祥云,崔永丽,史月丽. 硅酸盐通报. 2011(04)
[10]纳米多级结构枣核型多孔氧化亚铜的合成及拉曼性质[J]. 孙都,殷鹏刚,郭林. 物理化学学报. 2011(06)
博士论文
[1]锂离子电池电极界面特性研究[D]. 庄全超.厦门大学 2007
本文编号：3431975
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3431975.html
