氧化铁和石墨烯复合氧化铁的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-07-02 11:28

  本文关键词：氧化铁和石墨烯复合氧化铁的制备及其电化学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环稳定性好的特点，在能量储存设备和便携式电子产品中占有重要地位。氧化铁作为负极材料由于成本低、理论容量高和绿色环保引起了广泛关注。但是氧化铁在充放电过程中体积会发生剧烈的变化，从而使电化学性能遭到破坏。此外，氧化铁较差的导电性也损害了电池容量。 针对上述问题，本论文采用溶剂热法、水热法和软模板法制备不同形貌氧化铁，并研究氧化铁的形貌对电化学性能的影响。利用氧化石墨制备石墨烯与氧化铁的复合材料，系统地研究复合材料的电化学性能。主要研究结果如下： 1)以氯化铁为原料，尿素为反应添加剂，采用溶剂热法制备氧化铁颗粒。研究表明：尿素含量和水热温度均会影响产物的形貌与结构，并进一步影响锂离子电池性能。当氯化铁和尿素物质的量比为1:2时，所制备氧化铁颗粒尺寸为0.35~0.5μm，且分布均匀、结晶性好。 2)以氯化铁和硫酸钠为原料，采用水热法制备花形氧化铁，初步分析形成机理，并研究其电化学性能。研究表明：当硫酸钠与氯化铁的物质的量比为1:1时，在140℃水热反应16h所得氧化铁具有尺寸为3~4.5μm的花形形貌。该花形氧化铁恒流充放电30次后比容量为497.3mAh/g。 3)以氯化铁为原料，通过软模板法制备纳米球形氧化铁，进而研究其电化学性能。研究表明：丙三醇和水的体积比为1:3时，所制备的球形氧化铁尺寸小、分布均匀，结晶性好。该球形氧化铁恒流充放电30次后比容量为533.6mAh/g。 4)将氧化石墨与上述三种氧化铁的前驱体复合，通过退火工艺制备石墨烯与氧化铁的复合材料，并研究其电化学性能。研究表明：与没有复合石墨烯的氧化铁相比，石墨烯与氧化铁复合材料的比容量、循环稳定性以及倍率性能均有较大提高。其中，石墨烯与球形氧化铁的复合材料在恒流充放电30次后比容量高达657.2mAh/g，比容量提高了23.2%。
【关键词】：氧化铁 石墨烯 锂离子电池 比容量
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ138.11;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-27
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 三氧化二铁材料的研究进展12-20
• 1.2.1 不同形貌三氧化二铁的制备方法12-18
• 1.2.2 三氧化二铁的锂离子电池性能研究18-20
• 1.3 石墨烯与氧化铁复合材料的研究进展20-24
• 1.3.1 石墨烯与氧化铁复合材料的制备方法21-23
• 1.3.2 氧化铁与石墨烯复合材料的锂离子电池性能研究23-24
• 1.4 本论文的提出及意义24-25
• 1.5 本论文的研究内容25-27
• 第二章 实验方法27-36
• 2.1 材料的表征与测试方法27-30
• 2.1.1 X 射线衍射27
• 2.1.2 扫描电子显微镜27-28
• 2.1.3 光电子能谱28-29
• 2.1.4 锂离子电池循环伏安曲线和交流阻抗测试29-30
• 2.1.5 锂离子电池恒流充放电和倍率性能测试30
• 2.2 实验所用原料与设备30-32
• 2.3 氧化铁及其与石墨烯复合材料的制备32-33
• 2.3.1 溶剂热法制备氧化铁32
• 2.3.2 水热法制备氧化铁32-33
• 2.3.3 软模板法制备氧化铁33
• 2.4 石墨烯与氧化铁复合材料的制备33-34
• 2.5 电池的封装34-36
• 第三章 氧化铁的可控合成及其电化学性能36-61
• 3.1 影响氧化铁颗粒合成和形貌的主要因素36-41
• 3.1.1 氧化铁纳米颗粒的形貌和成分的表征36-37
• 3.1.2 尿素含量的影响37-39
• 3.1.3 溶剂热反应温度的影响39-41
• 3.2 影响花形氧化铁合成和形貌的主要因素41-46
• 3.2.1 花形氧化铁的合成和成分表征41-42
• 3.2.2 无水 Na_2SO_4的含量42-44
• 3.2.3 水热反应温度的影响44-46
• 3.3 影响球形氧化铁合成和形貌的主要因素46-51
• 3.3.1 球形氧化铁的形貌和成分表征46-48
• 3.3.2 丙三醇的含量48-49
• 3.3.3 反应温度的影响49-51
• 3.4 不同形貌氧化铁电化学性能的研究51-60
• 3.4.1 氧化铁颗粒的电化学性能51-54
• 3.4.2 花形氧化铁的电化学性能54-57
• 3.4.3 球形氧化铁的电化学性能57-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第四章 石墨烯与氧化铁复合材料的合成及其电化学性能61-70
• 4.1 石墨烯与氧化铁颗粒的复合材料结构表征及其性能研究61-63
• 4.1.1 石墨烯与氧化铁颗粒复合材料的形貌和尺寸61-62
• 4.1.2 石墨烯与氧化铁颗粒复合材料的电化学性能62-63
• 4.2 石墨烯与花形氧化铁复合材料的结构表征及其性能研究63-66
• 4.2.1 石墨烯与花形氧化铁复合材料的形貌和尺寸63-64
• 4.2.2 石墨烯与花形氧化铁复合材料的电化学性能64-66
• 4.3 石墨烯与球形氧化铁复合材料的结构表征及其性能研究66-68
• 4.3.1 石墨烯与球形氧化铁复合材料的形貌尺寸66-67
• 4.3.2 石墨烯与球形氧化铁复合材料的电化学性能67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 结论与展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-77
• 攻硕期间取得的研究成果77-78

【共引文献】

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