二氧化锡—碳基复合材料在锂离子电池中的应用

发布时间：2017-04-19 20:32

  本文关键词：二氧化锡—碳基复合材料在锂离子电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着电子通信行业的快速发展,人们对化学储能设备的关注与日俱增,而锂离子电池由于其能量高、倍率性能优越、成本低、环境友好等优势,在便携式电子设备中应用广泛。目前商用的锂离子多是以石墨为负极材料,其理论容量只有372 m Ah·g-1,石墨较低的容量限制了锂离子电池的应用。二氧化锡(Sn O2)基负极材料由于其具有较高的理论比容量(782 m Ah·g-1)等优点受到研究者的广泛关注。但是Sn O2材料面临一些问题亟待解决,如:在锂离子嵌入和脱出过程中,二氧化锡会产生巨大的体积膨胀,导致电极材料粉化,使锂离子电池容量急剧衰减。本课题以二氧化锡为研究对象,通过改变二氧化锡形貌(如量子点、中空球形)和使用碳材料包覆(如无定形碳、石墨烯)这两种方法相结合来提高二氧化锡的电化学性能。本论文主要包括以下几个方面:(1)用改性的Hummer法制备氧化石墨烯,利用氧化还原法制备球形锡单质,然后以氧化石墨烯和球形锡为前驱体,通过不断改变氧化石墨烯浓度、盐酸的用量,成功制备出二氧化锡/石墨烯气凝胶,通过扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附脱附等表征,结果表明:制备出的样品呈三维多孔交联结构,二氧化锡量子点(约5nm)均匀负载在石墨烯上,且样品的比表面积较大(约364.04 m2·g-1)。(2)利用电子加速器辐照制备出的二氧化锡/石墨烯气凝胶(采用不同的辐照剂量),然后通过X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外(FTIR)等表征发现:辐照后样品的结晶性增强。应用LAND等进行电化学性能测试表明:电子束辐照后,二氧化锡/石墨烯气凝胶的循环性能均在一定程度上增强,辐照剂量约280k Gy时性能改善明显。(3)利用简单的超声辅助水热法,以葡萄糖为碳源,球形锡单质为模板,成功制备出了碳包覆二氧化锡球形结构,采用真空煅烧和空气煅烧两种方式后处理,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征,结果说明:真空煅烧制备出微米大小的碳包覆二氧化锡中空刺球和碳/二氧化锡/碳球形结构。氮气吸附脱附表征结果表明,这种结构比表面积较大,为活性物质提供了更多的活性位点。同时球形锡既是反应物,又起到模板作用,这避免了去除模板的繁琐步骤,又保护了环境。电化学测试结果表明,碳包覆结构能有效提高二氧化锡的电化学性能。
【关键词】：二氧化锡 石墨烯气凝胶 无定形碳 纳米复合材料 锂离子电池
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TM912
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-38
• 1.1 引言12
• 1.2 锂离子电池基础12-23
• 1.2.1 锂离子电池发展历史简介12-13
• 1.2.2 锂离子电池结构和工作原理13-15
• 1.2.3 锂离子电池的优点15
• 1.2.4 锂离子电池电极材料的研究进展15-23
• 1.3 纳米二氧化锡与碳复合材料的研究进展23-36
• 1.3.1 二氧化锡制备与应用概述23-26
• 1.3.2 二氧化锡与片状石墨烯复合材料应用概述26-30
• 1.3.3 二氧化锡与石墨烯气凝胶复合材料应用概述30-32
• 1.3.4 二氧化锡与无定形碳复合材料应用概述32-34
• 1.3.5 电子束辐照技术在纳米材料制备研究中的应用概述34-36
• 1.4 选题背景36-38
• 第二章 实验部分38-46
• 2.1 实验材料与仪器设备38-39
• 2.1.1 药品试剂38
• 2.1.2 仪器设备38-39
• 2.2 样品的制备和表征39-41
• 2.2.1 二氧化锡与石墨烯气凝胶的制备39-41
• 2.2.2 碳包覆二氧化锡中空纳米刺球的制备41
• 2.2.3 电极材料的制备41
• 2.3 材料表征41-46
• 2.3.1 X射线衍射仪表征42
• 2.3.2 傅立叶红外光谱仪表征42-43
• 2.3.3 场扫描电子显微镜的表征43
• 2.3.4 场发射透射电子显微镜表征43-44
• 2.3.5 比表面积和孔径的表征44
• 2.3.6 热重分析仪器44-45
• 2.3.7 拉曼分析45-46
• 第三章 电子束辐照对二氧化锡/石墨烯气凝胶电极材料的影响46-58
• 3.1 概述46-47
• 3.2 实验结果与讨论47-57
• 3.2.1 扫描电镜表征47-48
• 3.2.2 BET表征48-50
• 3.2.3 热重表征50
• 3.2.4 XRD表征50-52
• 3.2.5 TEM表征52-54
• 3.2.6 电性能表征54-55
• 3.2.7 红外表征55-56
• 3.2.8 拉曼表征56-57
• 3.3 实验结论57-58
• 第四章 碳包覆二氧化锡中空刺球的制备及其性能研究58-69
• 4.1 概述58-59
• 4.2 实验结果与讨论59-68
• 4.2.1 XRD表征59-61
• 4.2.2 SEM和TEM表征61-64
• 4.2.3 热重表征64-65
• 4.2.4 BET表征65-67
• 4.2.5 电性能表征67-68
• 4.3 实验结论68-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69
• 5.2 展望69-71
• 参考文献71-81
• 作者攻读硕士学位期间公开发表的学术论文、专利81-83
• 作者参与项目及基金来源83-84
• 致谢84

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨正民;;生产二氧化锡的新方法[J];云南化工技术;1983年01期

2 刘立尧;二氧化锡中铅、铜、铋的导数极谱测定[J];冶金分析;1987年03期

3 杨林宏,张建成,沈悦;分散剂对纳米相二氧化锡制备的影响[J];上海大学学报(自然科学版);2002年03期

4 姚程;盛嘉伟;张俭;;叶腊石基锑掺杂二氧化锡复合导电粉体的制备及电性能[J];高校化学工程学报;2013年01期

5 ;用二氧化锡作发热体生产中碱玻璃纤维[J];玻璃纤维;1973年01期

6 李国盛;;用国产二氧化锡配制乳白釉[J];陶瓷;1986年01期

7 杨国栋;;锡精矿化学法制取二氧化锡及氧化亚锡的技术实践[J];云南冶金;1987年06期

8 陶东平;;气体还原二氧化锡的非等温过程动力学[J];化工冶金;1988年04期

9 赵兰英,程虎,李翎;三元络合光度法测定空气中二氧化锡[J];职业医学;1989年05期

10 戴元宁;难选锡中矿液相氧化法制取二氧化锡[J];有色金属(冶炼部分);1990年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 蒋海燕;戴洪兴;何洪;;蠕虫状介孔二氧化锡的合成及表征[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年

2 农永萍;;火焰原子吸收分光光度法测定二氧化锡中铅、铜的研究[A];中国有色金属学会重有色金属冶金学术委员会第八届全国锡锑冶炼及加工生产技术交流会论文集[C];2006年

3 汪庆卫;宁伟;蒋守宏;沈玉君;;二氧化锡电极的研究及其发展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

4 汪庆卫;宁伟;蒋守宏;沈玉君;;二氧化锡电极的研究及其发展[A];全国玻璃窑炉技术研讨交流会论文集[C];2004年

5 赵娜;李大光;赵丰华;傅维勤;;二氧化锡纳/微米结构材料的制备与表征[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年

6 刘畅;匡勤;谢兆雄;郑兰荪;;不同贵金属负载的二氧化锡纳米八面体的气敏性质研究[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

7 陈帅;齐利民;;二氧化锡纳米棒阵列的可控合成及其高倍率锂电性能[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年

8 陈帅;齐利民;;二氧化锡介晶纳米棒阵列及其复合结构的可控合成与锂电性能研究[A];中国化学会第十四届胶体与界面化学会议论文摘要集-第1分会：表面界面与纳米结构材料[C];2013年

9 宗福建;李立君;崔晓东;马洪磊;马瑾;张锡健;计峰;肖洪地;;二氧化锡纳米线的生长机理研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集（7）[C];2007年

10 李蕾;曲风玉;;分子筛模板法合成二氧化锡介孔材料及其气敏性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第8分会场摘要集[C];2012年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 汪庆卫;稀土掺杂二氧化锡陶瓷电极的制备及性能研究[D];东华大学;2012年

2 王磊;二氧化锡纳米材料的制备与扩展[D];华东理工大学;2011年

3 管越;二氧化锡纳米材料的制备及其气敏特性的研究[D];吉林大学;2014年

4 夏鑫;二氧化锡纳米纤维结构构建及其性能的研究[D];江南大学;2013年

5 江名喜;配合—水热氧化法合成锑掺杂二氧化锡纳米粉末及其吸波性能的研究[D];中南大学;2006年

6 甘露;纳米二氧化锡气敏薄膜的研究[D];华中科技大学;2012年

7 方丽梅;金属离子改性的二氧化锡纳米材料的制备及特性的研究[D];电子科技大学;2009年

8 秦苏梅;SnO_2基材料的合成及性质研究[D];华东师范大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 高宇曦;负载型二氧化锡基纳米材料的制备、表征及其甲醇电氧化催化性能的研究[D];内蒙古大学;2015年

2 许旺旺;SnO_2/导电聚合物异质结构纳米棒阵列的构筑及其电化学性能研究[D];武汉理工大学;2014年

3 李颖;氧化锑锡（ATO）的制备及其性能的研究[D];西南交通大学;2015年

4 史雅琪;聚苯胺及其复合纳米纤维的制备与表征[D];大连交通大学;2015年

5 蒋建忠;三维石墨烯基氧化锡多元复合材料的锂电性能研究[D];上海应用技术学院;2015年

6 汪文峰;二氧化锡—碳基复合材料在锂离子电池中的应用[D];上海大学;2015年

7 陈程;氟磷共掺杂二氧化锡（FPTO）导电材料的制备及性能研究[D];北京化工大学;2015年

8 汪庆卫;二氧化锡电极的研究及其强韧化[D];东华大学;2005年

9 罗理达;低电阻、高致密二氧化锡陶瓷的制备与科学研究[D];东华大学;2008年

10 刘洁;掺杂多种氧化物的二氧化锡电极的制备与其性能的研究[D];东华大学;2009年

  本文关键词：二氧化锡—碳基复合材料在锂离子电池中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：317097