高性能电极材料的设计与制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-11-22 22:06

  本文关键词：高性能电极材料的设计与制备及其电化学性能研究

  更多相关文章： 锂离子电池 超级电容器 负极材料 结构 电化学性能

【摘要】：锂离子电池和超级电容器是目前研究中非常有前景的储能设备。对于两种储能体系而言,电极材料是影响它们性能最主要的因素,因此,得到高性能的电极材料对锂离子电池和超级电容器的发展具有非同寻常的意义。本文通过设计材料的结构,得到了高性能的电极材料,并采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)等方法对所制备材料的结构形貌进行表征；采用循环伏安法,恒电流充放电等方法对其电化学性能进行了深入研究：(1)针对锂离子电池体系,设计并制备出了具有三维多孔结构的SnO2@C/石墨烯和Sn@C/石墨烯纳米复合材料。通过气液界面法制得二氧化锡纳米颗粒、改进Hummers法得到氧化石墨,同时结合水热碳包覆、水热自组装以及高温热处理得到合成产物,结果表明实验最终获得了具有三维多孔结构的Sn02@C/石墨烯纳米复合材料,同时Sn02颗粒小于6nm,在Sn02@C/石墨烯纳米复合材料中的分布较为均匀,基本没有团聚现象发生；其比表面积和总孔体积分别为196.4m2 g-1,0.15 cm3 g-1。在100mAg-1的电流密度下,首次可逆比容量高达1115 mAhg-1;在恒电流充放电50次后,其比容量仍保持在1000 mAh g-1以上；当电流密度高达1000 mA g-1时,其比容量为100 mA g-1时的50%,说明具有良好的倍率性能。将上述方法推广应用至金属单质锡与石墨烯的复合材料中,制得具有孔洞结构的Sn@C/石墨烯纳米复合材料,并研究其电化学性能。结果表明：Sn颗粒持有较小的粒径,不超过10 nm,并在Sn@C/石墨烯纳米复合材料中的分布均匀,基本没有团聚现象发生；比表面积和总孔体积分别为598lm2g-1,0.38 cm3 g-1。在100 mA g-1的电流密度下,首次可逆比容量为928mAh g-1;在恒电流充放电50次后,其比容量仍保持在602 mAh g-1。(2)针对超级电容器体系,首次通过气液界面反应制备得到了具有层状结构的Bi2O2CO3纳米片。所得到的Bi2O2CO3纳米片厚度较薄,接近透明。在1 Ag-1的电流密度下,其比电容高达1045.3 Fg-1;在电流密度高达20 A g-1时,其比电容仍保持在714.4 F g-1,说明具有良好的倍率性能；在20 Ag-1的高电流密度下循环250次后,其比电容的衰退不足6%。最重要的是,通过分析Bi2O2CO3在充放电前后的XRD和XPS数据,发现OH"可以可逆的插入到层状的Bi2O2CO3中使铋的化合价发生改变而不引起Bi2O2CO3的晶体结构变化,这也是导致Bi2O2CO3具有较高比电容,良好的倍率性能和循环性能的原因,这种反应机理很可能同样适用于其他层状碳酸盐。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646.54

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