本文選題：錫基納米復合材料 + 介孔碳　； 參考：《魯東大學》2017年碩士論文

【摘要】：當前,耐熱性好、化學性質穩(wěn)定的石墨作為鋰離子電池的負極材料,具有熱膨脹系數(shù)小,放電損失小等優(yōu)點,但是它的理論比容量較低,僅為372 mAh/g,難以在電動汽車等領域得到廣泛應用。錫基復合材料作為一種新型清潔的鋰離子電池負極材料,具有較高的充放電容量、較低的嵌鋰電勢等優(yōu)點而受到了廣泛關注。但是錫基材料在充放電過程中體積變化過大,導致材料嚴重損壞,不可逆容量損失較大,循環(huán)穩(wěn)定性差。納米化和合金化是解決這一問題的有效途徑。本文研究了一系列錫基納米復合材料,特別是錫或二氧化錫納米線、納米顆粒與無定形碳復合材料的制備,考察了其在鋰離子電池負極材料中的應用。主要研究內容如下:1.通過溶劑揮發(fā)誘導自組裝制備了介孔碳,并以其為模板,在其納米孔道中生長二氧化錫,除去部分碳得到了二氧化錫納米線/碳復合材料。通過透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X-射線粉末衍射(XRD)等手段對所得產(chǎn)品進行了表征。結果表明,納米線的直徑為5 nm,納米線間平行排列呈陣列分布,材料的比表面積較大,合成的二氧化錫為四方金紅石結構,二氧化錫在復合材料中的質量分數(shù)為92%。對復合材料進行電化學性能測試,結果表明在160 mA/g的電流密度下,100次充放電循環(huán)以后,可逆比容量仍高達539 mAh/g,約為純二氧化錫納米線的1.4倍。二氧化錫納米線/碳復合材料具有較好的循環(huán)性能和較高的可逆容量,主要歸因于碳材料可以充當緩沖層緩解體積變化引起的內應力,保護二氧化錫納米結構,防止因鋰離子的嵌入與脫出過程引起的結構損壞。2.以二氧化錫溶膠和聚丙烯腈為原料,通過靜電紡絲工藝合成了錫/碳納米纖維。錫納米顆粒均勻地分散在碳纖維材料中,二氧化錫溶膠作為錫的前驅體可提高錫碳間的相容性,阻止錫納米顆粒間由于熱處理引起的團聚現(xiàn)象。合成的金屬錫為四方晶系結構,納米纖維直徑約為300 nm,錫占總含量的61.3%。通過恒流充放電、循環(huán)伏安曲線(CV)、電化學阻抗譜(EIS)測試了復合材料的電化學性能,結果表明在200 mA/g的電流密度下,復合材料具有較高的可逆容量和庫倫效率。100次充放電循環(huán)以后,可逆容量仍高達583 mAh/g,庫倫效率保持在99%左右。這主要歸因于錫納米顆粒均勻地嵌入在碳纖維中,碳的緩沖作用緩解了錫的體積效應,進而增加材料的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆容量。3.以三嵌段共聚化合物(F-127)為表面活性劑,通過水熱合成法制備了介孔酚醛樹脂。以其為碳源,二氧化錫溶膠為錫源,通過共沉淀法合成二氧化錫/介孔碳復合材料。合成的二氧化錫為四方金紅石結構,納米顆粒直徑約為3.5 nm,二氧化錫在復合材料中的質量分數(shù)為43%。電化學性能測試表明復合材料在200mA/g的電流密度下,100次充放電循環(huán)以后,可逆容量相對較低,為328 mAh/g。原因可能是共沉淀法制備的復合材料中,部分二氧化錫沉積在介孔碳表面,不能有效緩沖體積變化,且二氧化錫沉積量較低,因而可逆容量較低。
[Abstract]:At present, graphite with good heat resistance and stable chemical properties is a negative material for lithium ion batteries. It has the advantages of small thermal expansion coefficient and small discharge loss, but its theory is lower than the capacity of 372 mAh/g. It is difficult to be widely used in electric vehicle and other fields. Tin based composites are used as a new clean lithium ion battery negative electrode Materials, with the advantages of high charge discharge capacity and lower lithium EMF, are widely concerned. However, the volume change of tin based materials in the process of charging and discharging is too large, resulting in serious damage of materials, large loss of irreversible capacity and poor circulation stability. The effective way to solve this problem is nanoscale and alloying. A series of tin based nanocomposites, especially tin or two tin oxide nanowires, and the preparation of nano particles and amorphous carbon composites, were prepared and applied to the negative electrode materials of lithium ion batteries. The main contents are as follows: 1. the mesoporous carbon was prepared by solvent evaporation induced self assembly, and it was used as a template to grow in the nanoscale channel. Two tin oxide was obtained by removing some carbon. The products were characterized by transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) and X- ray powder diffraction (XRD). The results showed that the diameter of the nanowires was 5 nm, the parallel arrangement of nanowires was array, the surface area of the material was larger and synthetic. Two tin oxide is a tetragonal rutile structure, and the mass fraction of two tin oxide in the composite is 92%. for electrochemical performance test. The results show that the reversible specific capacity is still up to 539 mAh/g after 100 charge discharge cycles at 160 mA/g current density, about 1.4 times that of pure two tin oxide nanowires. Two tin oxide nanowires / Carbon composites have good cycling performance and high reversible capacity, mainly due to carbon materials can act as buffer layers to alleviate the internal stress caused by volume change, protect the two tin oxide nanostructures, prevent structural damage caused by the insertion and removal of lithium ion, and use two tin oxide sol and polyacrylonitrile as raw materials, through.2.. Tin / carbon nanofibers are synthesized by the electrospinning process. The tin nanoparticles are evenly dispersed in the carbon fiber materials. The two tin oxide sol as a precursor of tin can improve the compatibility of tin carbon and prevent the agglomeration between the tin nanoparticles due to heat treatment. The synthetic metal tin is a tetragonal crystal structure with a diameter of about 300 n. M, tin accounted for the total content of 61.3%. by constant current charge discharge, cyclic voltammetry curve (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to test the electrochemical performance of the composite. The results show that under the current density of 200 mA/g, the composite has high reversible capacity and Kulun efficiency.100 secondary charge discharge cycle, and the reversible capacity is still up to 583 mAh/g, and the efficiency of the composite is up to 583 mAh/g. The rate remains about 99%. This is mainly attributed to the uniform embedding of tin nanoparticles in carbon fibers. The buffer effect of carbon reduces the volume effect of tin, and then increases the cyclic stability and reversible capacity of the material.3. with three block copolymers (F-127) as the surface active agent. Carbon source, two tin oxide sols as tin sources, two tin oxide / mesoporous carbon composites are synthesized by coprecipitation. The synthesized two tin oxide is tetragonal rutile structure, the diameter of nano particles is about 3.5 nm, and the mass fraction of two tin oxide in the composite is 43%. electrochemical properties test sheet under the current density of 200mA/g, 100 times After charging and discharging cycle, the reversible capacity is relatively low, which may be 328 mAh/g. in the composite prepared by coprecipitation. Some two tin oxide deposited on the mesoporous carbon surface, which can not effectively buffer volume change, and the deposition of two tin oxide is low, thus the reversible capacity is low.

【學位授予單位】：魯東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TM912

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本文編號：1823451