Fe 2 O 3 /煤基炭納米復(fù)合材料制備及其儲鋰性能研究
發(fā)布時間：2021-11-05 10:25
具有高能量密度和功率密度的鋰離子電池被認為是很有潛力的新一代電能儲存設(shè)備,其中高容量、循環(huán)穩(wěn)定性好的負極材料是提升鋰離子電池性能的關(guān)鍵要素之一�；谔坎牧系偷墓ぷ麟妷�、良好的可逆性和導(dǎo)電性,本文以中國富產(chǎn)的煤炭為原料,探討了煤基復(fù)合炭納米電極材料制備的新工藝及新技術(shù)。論文設(shè)計并制備出具有特殊納米結(jié)構(gòu)的Fe203,研究了粉體煤基氧化石墨烯/Fe2O3復(fù)合材料（P-CGO/Fe2O3）、自支撐煤基氧化石墨烯/Fe2O3復(fù)合材料（S-CGO/Fe2O3）以及自支撐煤基石墨烯量子點/Fe2O3復(fù)合材料（S-CGQDs/Fe2O3）可控制備工藝;并進一步對上述系列Fe2O3/煤基炭納米復(fù)合材料作為鋰離子電池負極材料的儲鋰性能進行了系統(tǒng)研究,主要研究結(jié)果如下:（1）采用水熱、高溫熱處理等技術(shù)成功制備得到了 P-CGO/Fe2O3粉體材料,當CGO與FeSO4的質(zhì)量比為1:9.3時,所制備的P-CGO/Fe2O3復(fù)合材料中Fe2O3分布均勻,并呈獨特的“納米花”狀結(jié)構(gòu)。電化學(xué)性能分析結(jié)果表明,該復(fù)合材料在1A/g電流密度下充放電循環(huán)210次后的放電比容量仍為610 mAh/g,容量保持率為75.1%...
【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖
K Zaghib 等人[46]于 1996 年首次提出鈦酸鋰（Li4Ti5O12）材料可以作為負極材料電壓正極材料組成鋰離子電池。經(jīng)研究證明，Li4Ti5O12是一種嵌入脫出機制的負極，相比于合金以及過渡金屬化合物來說，Li4Ti5O12負極材料在充放電過程中自身體乎并未發(fā)生任何改變，這種“零應(yīng)變”的特性使其具備優(yōu)異的循環(huán)性能。此外，較快離子擴散系數(shù)（2 10-8m2/s）及較高的嵌鋰電位使其具備新一代鋰離子電池充電過和安全系數(shù)高的特性[47]。但是，Li4Ti5O12相對較低的理論容量（170mAh/g）、較差電性以及較高的嵌鋰電位帶來的低能量密度均制約著其商品化應(yīng)用。為了提i4Ti5O12負極材料的能量密度和電子電導(dǎo)率，研究人員往往采用減小 Li4Ti5O12顆粒尺8, 49]、導(dǎo)電材料包覆 Li4Ti5O12[50, 51]以及金屬離子摻雜 Li4Ti5O12[52, 53]等方法對其進行。.3.4 碳負極材料碳材料具有較低的工作電壓、良好的可逆性和導(dǎo)電性，作為鋰離子電池負極材料實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用[54]。碳材料具有諸多的同素異構(gòu)體結(jié)構(gòu)，如圖 1.3 所示。根據(jù)碳結(jié)構(gòu)的不同可將其分為三類：1）石墨化碳，2）非石墨化硬碳，3）非石墨化軟碳
環(huán)伏安測試手段分析 P-CGO/Fe2O3復(fù)合電極材料充放電過程電荷的存儲機理。（2）以(NH4)2C2O4 H2O、FeCl3 6H2O 和 CGO 為原料，泡沫鎳為基底，通過二次電沉積技術(shù)制備出具有自支撐結(jié)構(gòu)的 S-CGO/Fe2O3復(fù)合電極材料；采用 SEM、XRD 以及Raman 等測試手段探究電沉積電流密度，電解液中 DMF 與 H2O 比例對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和形貌的影響規(guī)律；采用電化學(xué)測試手段研究討論 CGO 的添加對 S-CGO/Fe2O3復(fù)合電極材料儲鋰性能的影響規(guī)律，通過循環(huán)伏安測試手段分析 S-CGO/Fe2O3復(fù)合電極材料在充放電過程電荷的存儲機理。（3）以太西無煙煤為原料，采用硝酸氧化剪切制備CGQDs，進而以制備的CGQDs、(NH4)2C2O4 H2O 及 FeCl3 6H2O 為原料，采用恒電壓電沉積制備出具有自支撐結(jié)構(gòu)的 SCGQDs/Fe2O3復(fù)合電極材料；通過 UV-Vis 和 PL 對 CGQDs 進行了光學(xué)性質(zhì)測定，采用SEM、TEM、SAED、XRD 以及 Raman 等測試手段對 S-CGQDs/Fe2O3復(fù)合電極材料的組成、結(jié)構(gòu)和形貌進行分析表征；并評價其電化學(xué)儲鋰性能，通過循環(huán)伏安測試手段分析 S-CGQDs/Fe2O3復(fù)合電極材料在充放電過程電荷的存儲機理。1.4.3 技術(shù)路線圖
【參考文獻】：
期刊論文
[1]拉曼光譜在石墨烯結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用[J]. 吳娟霞,徐華,張錦. 化學(xué)學(xué)報. 2014(03)
[2]以太西無煙煤為前驅(qū)體制備煤基石墨烯的研究[J]. 張亞婷,周安寧,張曉欠,邱介山. 煤炭轉(zhuǎn)化. 2013(04)
[3]碳納米管/氧化石墨烯/硫復(fù)合正極材料的制備及其電化學(xué)性能[J]. 徐桂銀,丁兵,聶平,駱宏鈞,張校剛. 物理化學(xué)學(xué)報. 2013(03)
本文編號：3477622
【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】：83 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池結(jié)構(gòu)示意圖
K Zaghib 等人[46]于 1996 年首次提出鈦酸鋰（Li4Ti5O12）材料可以作為負極材料電壓正極材料組成鋰離子電池。經(jīng)研究證明，Li4Ti5O12是一種嵌入脫出機制的負極，相比于合金以及過渡金屬化合物來說，Li4Ti5O12負極材料在充放電過程中自身體乎并未發(fā)生任何改變，這種“零應(yīng)變”的特性使其具備優(yōu)異的循環(huán)性能。此外，較快離子擴散系數(shù)（2 10-8m2/s）及較高的嵌鋰電位使其具備新一代鋰離子電池充電過和安全系數(shù)高的特性[47]。但是，Li4Ti5O12相對較低的理論容量（170mAh/g）、較差電性以及較高的嵌鋰電位帶來的低能量密度均制約著其商品化應(yīng)用。為了提i4Ti5O12負極材料的能量密度和電子電導(dǎo)率，研究人員往往采用減小 Li4Ti5O12顆粒尺8, 49]、導(dǎo)電材料包覆 Li4Ti5O12[50, 51]以及金屬離子摻雜 Li4Ti5O12[52, 53]等方法對其進行。.3.4 碳負極材料碳材料具有較低的工作電壓、良好的可逆性和導(dǎo)電性，作為鋰離子電池負極材料實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用[54]。碳材料具有諸多的同素異構(gòu)體結(jié)構(gòu)，如圖 1.3 所示。根據(jù)碳結(jié)構(gòu)的不同可將其分為三類：1）石墨化碳，2）非石墨化硬碳，3）非石墨化軟碳
環(huán)伏安測試手段分析 P-CGO/Fe2O3復(fù)合電極材料充放電過程電荷的存儲機理。（2）以(NH4)2C2O4 H2O、FeCl3 6H2O 和 CGO 為原料，泡沫鎳為基底，通過二次電沉積技術(shù)制備出具有自支撐結(jié)構(gòu)的 S-CGO/Fe2O3復(fù)合電極材料；采用 SEM、XRD 以及Raman 等測試手段探究電沉積電流密度，電解液中 DMF 與 H2O 比例對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和形貌的影響規(guī)律；采用電化學(xué)測試手段研究討論 CGO 的添加對 S-CGO/Fe2O3復(fù)合電極材料儲鋰性能的影響規(guī)律，通過循環(huán)伏安測試手段分析 S-CGO/Fe2O3復(fù)合電極材料在充放電過程電荷的存儲機理。（3）以太西無煙煤為原料，采用硝酸氧化剪切制備CGQDs，進而以制備的CGQDs、(NH4)2C2O4 H2O 及 FeCl3 6H2O 為原料，采用恒電壓電沉積制備出具有自支撐結(jié)構(gòu)的 SCGQDs/Fe2O3復(fù)合電極材料；通過 UV-Vis 和 PL 對 CGQDs 進行了光學(xué)性質(zhì)測定，采用SEM、TEM、SAED、XRD 以及 Raman 等測試手段對 S-CGQDs/Fe2O3復(fù)合電極材料的組成、結(jié)構(gòu)和形貌進行分析表征；并評價其電化學(xué)儲鋰性能，通過循環(huán)伏安測試手段分析 S-CGQDs/Fe2O3復(fù)合電極材料在充放電過程電荷的存儲機理。1.4.3 技術(shù)路線圖
【參考文獻】：
期刊論文
[1]拉曼光譜在石墨烯結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用[J]. 吳娟霞,徐華,張錦. 化學(xué)學(xué)報. 2014(03)
[2]以太西無煙煤為前驅(qū)體制備煤基石墨烯的研究[J]. 張亞婷,周安寧,張曉欠,邱介山. 煤炭轉(zhuǎn)化. 2013(04)
[3]碳納米管/氧化石墨烯/硫復(fù)合正極材料的制備及其電化學(xué)性能[J]. 徐桂銀,丁兵,聶平,駱宏鈞,張校剛. 物理化學(xué)學(xué)報. 2013(03)
本文編號：3477622
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