近年來,鋰離子電池因能量密度大、循環(huán)穩(wěn)定性好、環(huán)境污染小等優(yōu)勢成為便捷式電子產(chǎn)品市場的主流。2011年,美國Drexel大學報導(dǎo)了一種通過HF刻蝕MAX相所得的二維層狀碳化物和/或氮化物(MXene),它表現(xiàn)出類石墨烯的導(dǎo)電性和大的比表面積,被譽為鋰離子電池負極材料的理想原料。然而,MXene片層在充放電過程中存在的自發(fā)團聚和坍塌問題限制了其在鋰離子電池中的應(yīng)用。研究顯示,插層改性可增加鋰離子傳輸活性位點;同時,插層材料的引入可通過“支柱”效應(yīng)降低自堆疊和坍塌,從而改善鋰離子電池電化學性能。本文選用代表性MAX相(Ti₃AlC₂)為前驅(qū)體,采用HF液相刻蝕法制備了Ti₃C₂ MXene材料,研究了HF濃度、刻蝕反應(yīng)時間及溫度對MXene物相組成、顯微結(jié)構(gòu)、價態(tài)分布的影響。同時,選擇Li⁺、Na⁺和Sn⁴⁺三種陽離子對Ti₃C₂ MXene進行插層改性研究。實驗中,對比了“兩步插層法”(先HF...

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
引言
第1章 文獻綜述
    1.1 鋰系電池的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
    1.2 鋰離子電池概述
        1.2.1 鋰離子電池的構(gòu)造與工作原理
        1.2.2 鋰離子電池的特點
    1.3 鋰離子電池負極材料
        1.3.1 碳素負極材料
        1.3.2 非碳負極材料
    1.4 新型二維材料MXene概述
        1.4.1 MAX相材料
        1.4.2 MXene材料的制備與特性
        1.4.3 MXene的插層與分層
        1.4.4 基于MXene改性及其電化學性能的研究
    1.5 研究內(nèi)容及意義
        1.5.1 研究內(nèi)容
        1.5.2 研究意義
第2章 實驗與分析測試方法
    2.1 實驗試劑及儀器設(shè)備
        2.1.1 實驗原料及試劑
        2.1.2 實驗儀器及設(shè)備
    2.2 實驗方案
        2.2.1 Ti₃C₂ MXene材料的制備
        2.2.2 Ti₃C₂ MXene材料的分層處理
        2.2.3 陽離子插層Ti₃C₂ MXene材料的制備
    2.3 實驗測試及表征
        2.3.1 X射線衍射物相分析
        2.3.2 掃描電子顯微鏡表征
        2.3.3 透射電子顯微鏡表征
        2.3.4 X射線光電子能譜分析
        2.3.5 氮氣吸脫附分析
    2.4 電化學性能測試
        2.4.1 電極制備與電池組裝
        2.4.2 電池恒流充放電測試
第3章 Ti₂C₃ MXene材料的制備與表征
    3.1 HF濃度對Ti₃C₂ MXene材料的影響
    3.2 刻蝕時間對Ti₃C₂ MXene材料的影響
    3.3 溫度對Ti₃C₂ MXene材料的影響
    3.4 本章小結(jié)
第4章 Ti₃C₂ MXene材料的分層處理
    4.1 插層方式對Ti₃C₂ MXene分層的影響
    4.2 表面活性劑鏈長對Ti₃C₂ MXene分層的影響
    4.3 超聲時間對Ti₃C₂ MXene分層的影響
    4.4 本章小結(jié)
第5章 離子插層Ti₃C₂ MXene材料的制備及電化學性能研究
    5.1 離子插層Ti₃C₂ MXene材料的制備
        5.1.1 Li⁺插層對Ti₃C₂ MXene材料的影響
        5.1.2 Na⁺插層對Ti₃C₂ MXene材料的影響
        5.1.3 Sn⁴⁺插層對Ti₃C₂ MXene材料的影響
    5.2 離子插層Ti₃C₂ MXene材料的電化學性能研究
        5.2.1 離子插層Ti₃C₂ MXene材料的充放電行為
        5.2.2 離子插層Ti₃C₂ MXene材料的循環(huán)穩(wěn)定性
        5.2.3 離子插層Ti₃C₂ MXene材料的倍率性能
    5.3 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 論文結(jié)論
    6.2 不足與展望
致謝
參考文獻
附錄1 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文



本文編號：3950606