本文采用化學(xué)法設(shè)計(jì)制備了兩種具有三維結(jié)構(gòu)的二氧化錫與石墨烯復(fù)合材料和四氧化三鈷與石墨烯復(fù)合材料,采用SEM、TEM、XRD、TG、XPS、N2吸-脫附、FT-IR和Raman等方法對材料的物化性能進(jìn)行表征,并將其在充滿氬氣的手套箱中組裝成硬幣型電池,采用藍(lán)電系統(tǒng)和電化學(xué)工作站對材料進(jìn)行電化學(xué)性能測試,取得了以下主要研究成果。（1）通過濕化學(xué)法制備的SnO2量子點(diǎn)膠體溶液,并將其與石墨烯水溶液混合并在水熱反應(yīng)下進(jìn)行氧化還原反應(yīng),設(shè)計(jì)出具有三維框架的二氧化錫量子點(diǎn)/石墨烯復(fù)合材料（3D SnO2 QDs@GF）。SnO2 QDs@GF表面具有大量的介孔和超小型SnO2量子點(diǎn),大大提高了三維結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)的獨(dú)特設(shè)計(jì)提高了比表面積并促進(jìn)了離子傳輸。當(dāng)用作鋰離子電池的負(fù)極時(shí),它具有1300 mAh g-1的高可逆容量（電流密度為100 mA g-1）,出色的倍率性能和高循環(huán)穩(wěn)定性（電流密度為10A g-1,經(jīng)過5000次循環(huán)后,容量保持率達(dá)到98%以上）。該新穎的合成策略可以進(jìn)一步擴(kuò)展到生產(chǎn)其他三維金屬氧化物量子點(diǎn)/石墨烯復(fù)合材料,并作為電化學(xué)儲能的高性能負(fù)極。（2）以氧化石墨烯為基底,... 

【文章來源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池應(yīng)用場景Figure1.1TheapplicationfieldofLithiumionbatteries.電極材料是決定鋰離子電池能量密度和循環(huán)性能的最主要因素，因此開發(fā)具有高鋰

上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第3頁子電池，整個(gè)充放電過程的電極反應(yīng)方程如下所示：正極反應(yīng)：LiCoO2Li1-xCoO2+xLi+xe-(1-1)負(fù)極反應(yīng)：6C+xLi++xe-LixC(1-2)電池總反應(yīng)：LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC(1-3)圖1.2鋰離子電池工作原理示意圖Figure1.2Schematicillustrationofthelithiumionbatteries1.2.3鋰離子電池的特點(diǎn)鋰離子電池作為新一代的能量儲存器件，具有以下主要優(yōu)點(diǎn)[15]：（1）工作電壓窗口大。鋰離子電池的工作電壓可達(dá)3.7V，是商用鎳鎘、鎳氫電池的3倍。（2）能量密度高。質(zhì)量能量密度可高至265Wh/Kg；圓柱型鋰離子電池可達(dá)650-680Wh/L，軟包及鋁殼動力電池可達(dá)450-490Wh/L。（3）工作溫度窗口寬。鋰離子電池可以在-30°C~60°C溫度范圍內(nèi)正常工作；特殊工藝處理后可在-45°C下工作。（4）使用壽命長。鋰離子電池發(fā)展到今天，與其他儲能裝置相比在循環(huán)幾千次后仍有較高的容量保持率。（5）自放電率校儲滿電的鋰離子電池在室溫條件下一個(gè)月的自放電率約為10%，遠(yuǎn)好于鉛酸蓄電池。（6）無記憶效應(yīng)。充電時(shí)不必?fù)?dān)心電池所處的使用狀態(tài)。（7）快速充電。鋰離子電池具有大電流密度充電的特性，充電時(shí)間約為4-5h，是其他電池充電時(shí)間的一半。（8）穩(wěn)定安全性能好，無污染，綠色環(huán)保。鋰離子電池在充放電過程中電壓輸出穩(wěn)定，性能優(yōu)異，安全事故較少；且不含有重金屬，可回收重復(fù)利用。1.2.4鋰離子電池的結(jié)構(gòu)組成如圖1.3所示，鋰離子電池按結(jié)構(gòu)和形狀可以分為柱形、紐扣型、方型和平板狀等。

第4頁上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文鋰離子電池由以下組件構(gòu)成（如圖1.4），即：正極、負(fù)極、電解液、隔膜、集流體和電池殼等。每一個(gè)組件對于LIBs都是必須的，少任何一個(gè)都無法正常工作。從LIBs的發(fā)展來看，電極材料、電解液和隔膜決定了電化學(xué)性能，其中電極材料是最重要的部分。圖1.3不同種類鋰離子電池形狀結(jié)構(gòu)圖Figure1.3Theshapeandcomponentsofdifferentlithium-ionbatteriesconfiguration.(a:cylinder,b:coin,c:prismatic,d:planar-Polymer)圖1.4電池主要組成部分示意圖Figure1.4Thecomponentsoflithium-ionbattery電解液用于正極與負(fù)極間鋰離子傳輸，是影響電池性能的重要因素。同時(shí)電解液可還原分解使電極表面形成SEI膜。電池的工作電壓通常高于水的分解電壓且鋰在水中極度活潑，所以電解液多采用多種溶劑組成的有機(jī)混合溶劑，溶質(zhì)主要有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸丙烯酯（PC）等組成，溶液主要包括六氟磷酸鋰（LiPF6）、四氟硼酸鋰(LiBF4)、高氯酸鋰（LiClO4）等。隔膜的主要作用是隔離正負(fù)極以防止電子

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展[J]. 薛彩霞.  內(nèi)蒙古石油化工. 2019(05)
[2]A scalable synthesis of silicon nanoparticles as high-performance anode material for lithium-ion batteries[J]. Jin Li,Juan-Yu Yang,Jian-Tao Wang,Shi-Gang Lu.  Rare Metals. 2019(03)



本文編號：2964893