本文關(guān)鍵詞： 結(jié)構(gòu)構(gòu)筑 四氧化三鐵 二氧化錳 錫 氮摻雜碳 鋰離子電池 水系鋅離子電池 納米片 空心納米球　出處：《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為了應(yīng)對日益緊迫的能源危機(jī)和環(huán)境污染問題,人們對儲能二次電池的需求日益增加,同時也對電池的性能提出了更高的要求。要開發(fā)出高比容量、長循環(huán)壽命、高穩(wěn)定性的電極材料,依賴于材料結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑和調(diào)控。本論文旨在以電極材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑和電化學(xué)性能分析為導(dǎo)向,選擇合適的方法對電極材料進(jìn)行可控合成和結(jié)構(gòu)構(gòu)筑,并詳細(xì)研究所得產(chǎn)物在鋰離子電池、水系離子電池等儲能領(lǐng)域的性能。分別選取了 Fe3O4、Sn和MnO2電極材料作為轉(zhuǎn)換反應(yīng)機(jī)制、合金機(jī)制和插入機(jī)制的代表材料,通過納米化、碳復(fù)合等方法設(shè)計(jì)合成出不同的納米結(jié)構(gòu),測試材料的電化學(xué)性能并研究其構(gòu)效關(guān)系。本論文的主要內(nèi)容如下:1、設(shè)計(jì)構(gòu)筑了包覆氮摻雜碳的Fe3O4納米片結(jié)構(gòu)(Fe3O4F@NC)。吡咯作為氮摻雜碳源,被由靜電作用吸附在Fe3O4納米片表面的表面活性劑分子十二烷基硫酸鈉固定在Fe3O4納米片表面,被過硫酸銨氧化成聚吡咯,熱處理后得到了 Fe3O4F@NC。對比氮摻雜碳包覆的Fe3O4納米顆粒,Fe3O4納米片復(fù)合材料展現(xiàn)出更為優(yōu)異的電化學(xué)性能�？梢酝ㄟ^調(diào)控吡咯的初始加入量,控制Fe304 F@NC復(fù)合材料中的碳含量。作為鋰離子電池負(fù)極材料,碳含量44%時材料的電化學(xué)性能最好。在0.2 C的倍率下循環(huán)200圈后容量仍高于1000 mAh g-1,在1 C的倍率下循環(huán)500圈后容量仍保持662 mAh g-1且5 C的大倍率下循環(huán)200圈后容量保持600 mAh g-1,展示出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。Fe304 F@NC優(yōu)異的電化學(xué)性能得益于Fe3O4納米片的二維結(jié)構(gòu)和氮摻雜碳材料的共同作用。2、設(shè)計(jì)構(gòu)筑了均勻分散有Sn納米顆粒的氮摻雜碳空心球結(jié)構(gòu)(Sn@NC)。吡咯作為碳源,溶劑熱合成的SnO2納米球作為錫源和自犧牲模板,先得到聚吡咯包覆SnO2的核殼結(jié)構(gòu),700℃的熱處理下,聚吡咯分解成氮摻雜碳和SnO2還原成金屬Sn同步進(jìn)行,且由于Sn低熔點(diǎn)的特征,使其在熔融狀態(tài)下分散在空心碳納米球中,最后得到的Sn@NC空心納米球的外徑約80-100 nm,內(nèi)徑約為50 nm,其中Sn納米顆粒尺寸為5-30 nm。作為鋰離子電池負(fù)極材料,Sn@NC表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能,在0.2 C的倍率下循環(huán)200圈后容量為1070 mAh g-1,在1 C的倍率下循環(huán)400圈后容量仍保持929 mAh g-1,且5 C的大倍率下循環(huán)500圈后容量保持500 mAh g'1 Sn@NC優(yōu)異的儲鋰性能主要得益于氮摻雜碳的空心納米球結(jié)構(gòu)及其中分布均勻的Sn納米顆粒的共同作用。同時我們分析研究了電極材料在循環(huán)過程中容量上升的原因,發(fā)現(xiàn)循環(huán)過程中凝膠狀聚合物膜的可逆生成和分解以及循環(huán)后期增大的贗電容效應(yīng),會導(dǎo)致材料在循環(huán)過程中出現(xiàn)容量上升的現(xiàn)象。3、構(gòu)筑了層狀δ-MnO2納米片褶皺結(jié)構(gòu),其中納米片厚度在2 nm左右,平均橫向尺寸約為200 nm。利用氧化石墨烯作為還原劑和自犧牲模板,在水熱條件下一步法合成出具有褶皺結(jié)構(gòu)的層狀δ-MnO2納米片。作為水系鋅離子電池的正極,δ-MnO2納米片與δ-MnO2微米球相比,無論是活化時間、比容量還是循環(huán)穩(wěn)定性,δ-MnO2納米片都要優(yōu)于微米球。δ-MnO2納米片在100mAg-1和200 mAg-1的電流密度下循環(huán)100圈后容量分別保持133 mAh g-1和100 mA hg-1研究了循環(huán)過程中Zn2+的嵌入機(jī)制,發(fā)現(xiàn)在放電過程中,δ-MnO2保持其層狀結(jié)構(gòu),且層間距從0.719nm擴(kuò)大到1.053nm。
[Abstract]:In order to deal with the increasingly urgent energy crisis and environmental pollution , the demand of energy - storage secondary batteries is increasing and the performance of the battery is higher . The results are as follows : 1 . The electrochemical properties of Fe3O4F@NC are studied .

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TM912

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