本文關(guān)鍵詞：Fe_xO_y及其復(fù)合物鋰離子電池負(fù)極材料的生物模板法制備與性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來(lái),鋰離子電池除了應(yīng)用于小型的移動(dòng)設(shè)備之外,其在生活中其他方面(如電動(dòng)、混合動(dòng)力車(chē)輛)的需求量也不斷增加,所以研究制備具有高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料越來(lái)越受到人們的重視。而隨著全球環(huán)境問(wèn)題的出現(xiàn),開(kāi)發(fā)成本低、儲(chǔ)量豐富、對(duì)環(huán)境友好的鋰離子電極材料也越來(lái)越受到關(guān)注。其中,過(guò)渡金屬氧化物就因?yàn)槠漭^高的比容量而得到廣泛的研究。而在眾多的氧化物中,鐵氧化物具有比容量高、資源豐富并且成本較低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),是一種應(yīng)用前景非常廣泛的鋰離子電池負(fù)極材料。然而,由于其在電池循環(huán)過(guò)程中體積變化大,本身導(dǎo)電性差等缺點(diǎn),導(dǎo)致了鐵氧化物在商業(yè)化應(yīng)用中的局限性。近期,植物的廢棄物作為一種存在廣泛,價(jià)格低廉的材料,得到眾多學(xué)者的青睞。其所具有的比表面積大,多孔性等優(yōu)點(diǎn)是作為鋰離子電池材料所需求的,因此植物在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用迅速崛起。為改善鐵氧化物循環(huán)穩(wěn)定性差、首次庫(kù)倫效率低的不足,我們充分利用了自然界中植物的廢棄物,以其作為模板和(或)碳源,一方面可以增加材料的導(dǎo)電性,另一方面則能夠緩解鐵氧化物在充放電過(guò)程中的體積膨脹等問(wèn)題,從而達(dá)到提高材料電化學(xué)性能的目的。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：1、將天然植物香蒲的花穗作為生物模板和連接劑制備了二維(2D)多孔織物狀的α-Fe2O3大面積片。制備的大面積薄片是由許多納米薄片或納米粒子有序組裝而成的,該結(jié)構(gòu)中含有兩種孔結(jié)構(gòu),一種是直徑為30 nm的孔洞,另一種是相鄰小薄片之間長(zhǎng)徑比約為4的孔道。研究發(fā)現(xiàn),氨水預(yù)處理對(duì)產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能產(chǎn)生了很大的影響。當(dāng)作為鋰離子電池(LIBs)負(fù)極材料時(shí),所得到的多孔織物狀的α-Fe2O3在500 mA g。的電流密度下首次放電容量達(dá)到2264mA h g-1,而且在100次循環(huán)后仍有1028 mAhg1,高于α-Fe2O3的理論容量(1007mA hg-1)。這種較高的容量歸因于其很薄的大面積片狀結(jié)構(gòu),而納米片上的孔隙以及片之間孔隙通道,則提高了鋰離子的流動(dòng)性,便于電子輸運(yùn)和縮短鋰離子的擴(kuò)散距離,緩沖了鋰離子在嵌入和脫嵌過(guò)程中產(chǎn)生的較大的體積變化。合成過(guò)程非常簡(jiǎn)單,可以廣泛適用,為其他高性能的能源儲(chǔ)存材料的制備提供了一個(gè)綠色和大規(guī)模生產(chǎn)的方法。2、以天然植物水蠟燭花穗作為模板和碳源,采用水熱加后續(xù)煅燒的方法合成了γ-Fe2O3/C復(fù)合物納米棒。當(dāng)作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),該復(fù)合材料在電流密度為500 mA g-1時(shí)首次放電比容量為1089 mAhg-1,至循環(huán)170次時(shí)電池的比容量下降至470.5 mA hg-1,但是隨著循環(huán)的進(jìn)行材料的比容量則又緩慢上升,當(dāng)循環(huán)到267次時(shí)材料的放電比容量又達(dá)到621.8 g測(cè)試結(jié)果顯示電池的比容量和倍率性能都較好。該復(fù)合材料的這種特殊的性能歸功于其特殊的多孔納米棒狀結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)能夠在軸向和徑向上縮短離子和電子的傳輸路徑,同時(shí)外層包裹的碳源能夠很好的增加材料的導(dǎo)電性及比表面積,因此材料具備較好的電化學(xué)性能。3、我們發(fā)展了一種新的策略,將用過(guò)的廢棄物花生殼作為模板和碳源,制備了一維Fe304／多孔碳(PSC)納米復(fù)合柱。花生殼轉(zhuǎn)化為均勻的多孔碳以及與原位形成的Fe304納米粒子的結(jié)合是同時(shí)完成的。研究結(jié)果表明得到的納米柱的直徑大約40μm,長(zhǎng)徑比約為15,柱中含有整齊的孔道,孔徑主要分布在5-40 nin,復(fù)合納米柱的比表面積高達(dá)244.32 m2/g。Fe3O4/PSC復(fù)合物中碳的含量達(dá)到80%,將如此高碳含量的復(fù)合物作為鋰離子電池負(fù)極材料,其首次放電比容量達(dá)到2255.613 mA h/g,在100 mA/g的電流密度下經(jīng)過(guò)100次循環(huán)依然有718 mA h/g,測(cè)試結(jié)果顯示電池的比容量和倍率性能都較好。本實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的、可以大規(guī)模的從廢棄的花生殼制備Fe3O4/PSC鋰離子電池負(fù)極材料的途徑,該實(shí)驗(yàn)變廢為寶,成本低,可用于制備其他碳基多功能雜化材料,具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：鐵氧化物 水蠟燭花穗 花生殼 鋰離子電池 負(fù)極材料
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TM912
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-32
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)介11-15
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展史12-13
• 1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.3 鋰離子電池的原理14-15
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展15-18
• 1.3.1 碳負(fù)極材料的研究進(jìn)展16-17
• 1.3.2 過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料17-18
• 1.4 鐵氧化物負(fù)極材料18-23
• 1.4.1 鐵氧化物的儲(chǔ)鋰機(jī)制19
• 1.4.2 鐵氧化物的制備方法19
• 1.4.3 鐵氧化物負(fù)極材料的缺點(diǎn)19
• 1.4.4 鐵氧化物負(fù)極材料的改進(jìn)方法19-23
• 1.5 植物在鋰電負(fù)極材料中的研究進(jìn)展23-24
• 1.6 選題背景和本論文主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 參考文獻(xiàn)25-32
• 第二章 二維多孔織物狀α-Fe_2O_3鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究32-52
• 2.1 引言32-33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分33-36
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑33
• 2.2.2 產(chǎn)物的制備33-34
• 2.2.3 儀器與表征34-35
• 2.2.4 電池組裝及電化學(xué)性能測(cè)試35-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-46
• 2.3.1 產(chǎn)物的物相與組成分析36-38
• 2.3.2 產(chǎn)物的形貌分析38-40
• 2.3.3 產(chǎn)物的BET結(jié)果分析40-41
• 2.3.4 產(chǎn)物的電化學(xué)性能分析41-45
• 2.3.5 產(chǎn)物的FT-IR光譜分析45-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 參考文獻(xiàn)47-52
• 第三章 一維多孔棒狀γ-Fe_2O_3/C復(fù)合物的制備及其電化學(xué)性能研究52-67
• 3.1 引言52-53
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分53-55
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑53
• 3.2.2 產(chǎn)物制備53-54
• 3.2.3 儀器與表征54
• 3.2.4 電池組裝及電化學(xué)性能測(cè)試54-55
• 3.3 結(jié)果與討論55-60
• 3.3.1 產(chǎn)物的物相與組成分析55-56
• 3.3.2 產(chǎn)物的形貌與結(jié)構(gòu)分析56-57
• 3.3.3 產(chǎn)物的BET與孔徑分布分析57-58
• 3.3.4 產(chǎn)物的Raman光譜分析58-59
• 3.3.5 產(chǎn)物的電化學(xué)性能分析59-60
• 3.4 本章小結(jié)60-62
• 參考文獻(xiàn)62-67
• 第四章 基于花生殼的Fe_3O_4/PSC鋰離子電池負(fù)極材料的制備與性能研究67-80
• 4.1 引言67-68
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分68-69
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑68
• 4.2.2 產(chǎn)物制備68
• 4.2.3 儀器與表征68-69
• 4.2.4 電池組裝及電化學(xué)性能測(cè)試69
• 4.3 結(jié)果與討論69-74
• 4.3.1 產(chǎn)物的XRD圖和Raman光譜分析69-70
• 4.3.2 產(chǎn)物的SEM圖分析70-71
• 4.3.3 產(chǎn)物的熱重分析71-72
• 4.3.4 產(chǎn)物的比表面積及孔徑分析72-73
• 4.3.5 產(chǎn)物的電化學(xué)性能分析73-74
• 4.4 本章小結(jié)74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-81
• 碩士期間發(fā)表論文81

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 侯敏;趙建偉;曹輝;劉嬋;馮衛(wèi)良;;負(fù)極氧化鋁涂層對(duì)鋰離子電池電性能的影響[J];電源技術(shù);2015年02期

2 劉蘭蘭;;美國(guó)普渡大學(xué)研發(fā)出一種新型鋰離子電池負(fù)極[J];電源技術(shù);2015年02期

3 ;中國(guó)科大氮摻雜類石墨烯研究獲進(jìn)展[J];人工晶體學(xué)報(bào);2014年11期

  本文關(guān)鍵詞：Fe_xO_y及其復(fù)合物鋰離子電池負(fù)極材料的生物模板法制備與性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：362870