發(fā)布時(shí)間：2017-10-08 04:13

  本文關(guān)鍵詞：鐵基氧化物及其與石墨烯復(fù)合材料的制備和電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 負(fù)極材料 過(guò)渡金屬氧化物 鐵基氧化物 石墨烯

【摘要】：鋰離子電池由于具有能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)以及對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備和電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車。過(guò)渡金屬氧化物中的鐵基氧化物(Fe_2O_3、Fe_3O_4)由于具有理論容量高、無(wú)毒、價(jià)格低廉、安全性好等優(yōu)點(diǎn),是一種比較有前途的鋰離子負(fù)極材料,并引起研究者的廣泛關(guān)注。然而鐵基氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料存在一些問(wèn)題,在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的體積形變導(dǎo)致循環(huán)性能差,以及自身導(dǎo)電率低,首次不可逆容量損失的多。目前主要有以下兩種策略對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行改善:一是納米結(jié)構(gòu)化,另外一種方法是制備鐵基氧化物與碳復(fù)合材料來(lái)保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,提高鐵基氧化物的導(dǎo)電性�；谝陨系年P(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,本論文采用水熱法合成Fe_2O_3納米盤,通過(guò)在空氣中煅燒合成多孔Fe_2O_3納米盤,在氫氬混合氣(H_2含量為5%)中煅燒制備多孔Fe_3O_4納米盤。利用水熱法原位合成石墨烯與鐵基氧化物的復(fù)合材料,并研究了復(fù)合材料的電化學(xué)性能。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)以硝酸鐵為鐵源,尿素為沉淀劑,丙三醇和水為溶劑,通過(guò)水熱法合成暴露(001)晶面的Fe_2O_3納米盤。研究結(jié)果表明:溫度、尿素的量以及水量會(huì)影響材料的結(jié)構(gòu)和形貌。尿素起均相沉淀劑的作用,丙三醇在納米盤形成過(guò)程中起主要作用,吸附在(001)晶面上,抑制了(001)晶面的生長(zhǎng)。Fe_2O_3納米盤的形成機(jī)理為:沉淀-溶解-定向生長(zhǎng),也就是小顆粒溶解,再結(jié)晶,然后沿著垂直[001]方向生長(zhǎng)形成暴露(001)晶面的納米盤。Fe_2O_3前軀體在空氣氛下煅燒之后形成多孔Fe_2O_3納米盤,由于暴露的(001)面能夠接受更多的鋰離子和小尺寸效應(yīng),促進(jìn)了電子和離子的傳輸。納米盤結(jié)構(gòu)中的納米孔在充放電過(guò)程中緩解材料體積的變化,使材料更加穩(wěn)定。前軀體在氫氬混合氣下煅燒得到Fe_3O_4納米盤,進(jìn)一步提高其電子電導(dǎo)率,電化學(xué)性能得到很大提高。(2)在上述制備Fe_2O_3納米盤的基礎(chǔ)上,通過(guò)水熱法原位合成Fe_2O_3納米片和RGO的復(fù)合物。結(jié)果表明:石墨烯的引入并沒(méi)有改變Fe_2O_3的形貌和結(jié)構(gòu),Fe_2O_3納米片均勻地分散到石墨烯上。由于石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性,極大地提高了復(fù)合材料的電化學(xué)性能。通過(guò)對(duì)石墨烯加入量的優(yōu)化,當(dāng)RGO含量為22.3%時(shí),該復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。在5A/g的電流密度下有560mAh/g的放電比容量;在500mA/g的電流密度下充放電50次后仍保留850mAh/g的放電比容量。(3)利用H_2O_2在Fe~(3+)和有機(jī)酸性條件下通過(guò)改變尿素和H_2O_2的量合成了Fe_3O_4納米顆粒與石墨烯的復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn),隨著H_2O_2量的增加,顆粒的尺寸先減小后增大;Fe~(3+)催化H_2O_2產(chǎn)生羥基自由基切割石墨烯,使石墨烯尺寸變小,同時(shí)石墨烯表面增加一些孔洞,增大了復(fù)合材料與電解液的接觸面積,加快了離子和電子的運(yùn)輸,電化學(xué)性能得到顯著提高。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 過(guò)渡金屬氧化物 鐵基氧化物 石墨烯
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB332;TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-32
• 1.1 引言12
• 1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)介12-14
• 1.2.1 鋰離子電池工作原理及其基本構(gòu)造13-14
• 1.2.2 鋰離子電池電極材料14
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展14-16
• 1.4 鐵基氧化物負(fù)極材料的研究進(jìn)展16-19
• 1.4.1 鐵基氧化物的儲(chǔ)鋰機(jī)制16-17
• 1.4.2 鐵基氧化物的制備方法17-19
• 1.5 鐵基氧化物負(fù)極材料存在的問(wèn)題及其改性研究19-25
• 1.5.1 鐵基氧化物納米化及形貌控制19-23
• 1.5.2 鐵基氧化物與碳復(fù)合23-25
• 1.6 選題依據(jù)及研究?jī)?nèi)容25-27
• 參考文獻(xiàn)27-32
• 2 鐵基氧化物納米盤的可控合成及其電化學(xué)性能研究32-53
• 2.1 引言32-33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器33-34
• 2.3 材料的表征手段34-35
• 2.4 樣品的合成35
• 2.4.1 Fe_2O_3納米盤的合成35
• 2.4.2 多孔Fe_2O_3納米盤的制備35
• 2.4.3 多孔Fe_3O_4納米盤的制備35
• 2.5 電極片制備和電化學(xué)測(cè)試35-36
• 2.6 影響Fe_2O_3納米盤形貌和尺寸因素36-40
• 2.6.1 溫度對(duì)形貌的影響36-38
• 2.6.2 尿素含量對(duì)形貌的影響38-40
• 2.6.3 水量對(duì)Fe_2O_3納米盤尺寸的影響40
• 2.7 Fe_2O_3納米盤的形成機(jī)理40-43
• 2.7.1 尿素對(duì)氧化鐵納米盤形貌的影響40-41
• 2.7.2 丙三醇對(duì)氧化鐵納米盤形貌的影響41-42
• 2.7.3 氧化鐵納米盤的生長(zhǎng)過(guò)程42-43
• 2.8 多孔Fe_2O_3納米盤的表征和電化學(xué)性能研究43-46
• 2.9 多孔Fe_3O_4納米盤的表征和電化學(xué)性能研究46-49
• 2.10 本章小結(jié)49-51
• 參考文獻(xiàn)51-53
• 3 Fe_2O_3納米片與RGO復(fù)合物的制備及其電化學(xué)性能研究53-65
• 3.1 引言53-54
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分54-56
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器54-55
• 3.2.2 樣品的制備55-56
• 3.2.3 電極的制備及電化學(xué)性能測(cè)試56
• 3.3 結(jié)果與討論56-59
• 3.3.1 材料晶型結(jié)構(gòu)分析56-57
• 3.3.2 材料形貌分析57-58
• 3.3.3 材料的熱分析圖58
• 3.3.4 材料的Raman光譜分析58-59
• 3.4 材料的電化學(xué)性能測(cè)試59-62
• 3.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試59-60
• 3.4.2 倍率性能和循環(huán)性能測(cè)試60-61
• 3.4.3 交流阻抗測(cè)試61-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 參考文獻(xiàn)63-65
• 4 利用H_2O_2制備Fe_3O_4與石墨烯的復(fù)合物及電化學(xué)性能研究65-77
• 4.1 前言65
• 4.2 H_2O_2對(duì)形貌和電化學(xué)性能的影響65-68
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)部分65-66
• 4.2.2 結(jié)果與討論66-68
• 4.3 H_2O_2的量對(duì)形貌和電化學(xué)性能的影響68-74
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)部分68-69
• 4.3.2 結(jié)果與討論69-74
• 4.4 本章小結(jié)74-76
• 參考文獻(xiàn)76-77
• 5 結(jié)論77-79
• 致謝79-80

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