【摘要】：多孔/中空微球具有比表面大、易于離子傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在催化、藥物載體、微反應(yīng)器、超級(jí)電容器及鋰離子電池電極中。因?qū)π履茉吹闹匾?許多研究者都對(duì)納米材料作為電極進(jìn)行了深入的研究,其制備方法主要有硬軟模板法及無(wú)模板法。其中硬模板法因其能更好的控制產(chǎn)物形貌而被廣泛使用。本文旨在通過(guò)模板法制備多孔/中空納米微球,并將其制備成鋰離子電池電極,研究其電化學(xué)性能。首先通過(guò)氣溶膠法制備了PS@SiO_2微球,經(jīng)空氣煅燒后得p-SiO_2多孔微球,并以此為模板,利用多巴胺在其表面包覆后碳化得到p-SiO_2@C,隨后使用鎂熱還原制得p-Si@C多孔材料。在100 mA/g電流密度下,碳包硅球(Si@C)的前五次循環(huán)容量?jī)H為806 mAh/g,而碳包多孔硅球(p-Si@C)容量為1228 mAh/g。且在1000 mA/g電流密度下,p-Si@C經(jīng)過(guò)600次充放電容量仍有266 mAh/g,庫(kù)倫效率達(dá)99.9%。由此可見(jiàn),多孔結(jié)構(gòu)有助于提高循環(huán)容量和穩(wěn)定性。其次通過(guò)在前驅(qū)液中加入蔗糖,以氣溶膠法制備了中空的C@SiO_2微球。并在此基礎(chǔ)上通過(guò)NaOH溶液處理使得SiO_2層溶解再生得到C@mSiO_2,然后再加入蔗糖經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)后成功制備得到具有內(nèi)外雙碳層,中間多孔SiO_2層的C@mSiO_2@C中空材料。在200 mA/g電流密度下,其首次放電容量為648.0 mAh/g,庫(kù)倫效率為64.0%。在經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后,其容量仍保持有501.5 mAh/g。而對(duì)于未經(jīng)過(guò)NaOH溶液處理的C@SiO_2@C材料,在相同電流密度下經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后僅有375.7 mAh/g。結(jié)果表明,C@mSiO_2@C結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)異性,多孔SiO_2層變?cè)龃罅朔磻?yīng)接觸面積并且有效的緩解了活性物質(zhì)在充放電過(guò)程中的體積膨脹,增強(qiáng)了循環(huán)穩(wěn)定性。最后通過(guò)在前驅(qū)液中添加Fe_3O_4納米顆粒,用氣溶膠法一步制備了含有Fe_3O_4內(nèi)核的Fe_3O_4@C-SiO_2核殼材料,然后以此為模板,樹(shù)脂為碳源通過(guò)自組裝后碳化的方式得到了Fe_3O_4@C-SiO_2-m C,然后用熱堿除去SiO_2得到Fe_3O_4@mC。在電流密度為2.0 A/g時(shí)循環(huán)1000次后仍然保持645 mAh/g的放電容量。倍率性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),當(dāng)電流密度為0.2,0.5,1.0,2.0,4.0,8.0以及10.0 A/g時(shí)其分別表現(xiàn)出1110,829,780,646,451,335及304 mAh/g。結(jié)果表明,將Fe_3O_4內(nèi)核裂解分散成更小的納米顆粒嵌于多孔碳層中,有助于增大活性物質(zhì)與電解液的接觸面積,并且納米化有利于緩解活性物質(zhì)因?yàn)轶w積變化而引起的粉化,從而可以得到更高的容量和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM912

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本文編號(hào)：2590822