【摘要】：研究發(fā)現(xiàn),過(guò)渡金屬氧化物具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,大部分過(guò)渡金屬氧化物理論比容量達(dá)到600 mAh/g以上,被認(rèn)為是用作鋰離子電池負(fù)極的良好候選材料。其中三氧化二鐵作為過(guò)渡金屬氧化物的一種,具有較高的理論比容量(1007 mAh/g)、資源豐富以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),受到人們的廣泛關(guān)注。然而過(guò)渡金屬氧化物導(dǎo)電性差,多次循環(huán)充放電之后容易粉化等弊端,導(dǎo)致其鋰離子電池性能迅速的衰減。大量研究表明石墨烯不僅可以用來(lái)提高金屬氧化物的導(dǎo)電性,減輕金屬氧化物的堆疊,還可以自組裝成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),大幅提高導(dǎo)電性和比表面積并用作柔性電子器件。合成三維石墨烯包裹的納米級(jí)多孔金屬氧化物結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高性能柔性鋰離子電池的很好途徑,但是這種高性能柔性電極的可控合成仍具有一定的挑戰(zhàn)。基于此,我們開(kāi)展了以下幾方面的工作:(1)通過(guò)過(guò)量的金屬離子誘導(dǎo)和空間限制的奧斯特瓦爾德熟化策略,以3DG/金屬有機(jī)框架(MOF)復(fù)合材料為前驅(qū)體,成功合成了三維石墨烯包裹的多孔Fe203(3DG/Fe203)復(fù)合物氣凝膠電極。這種結(jié)構(gòu)有多種優(yōu)點(diǎn):首先,整個(gè)三氧化二鐵顆粒貫穿著微孔和介孔,有效緩解了體積膨脹效應(yīng);其次,三維石墨烯可以提供良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),能夠保證電荷的有效傳輸,同時(shí)避免三氧化二鐵顆粒直接受到電解液的沖擊,達(dá)到緩沖的作用;最后整個(gè)電極具有穩(wěn)固的結(jié)構(gòu),從而保證電化學(xué)測(cè)試的順利進(jìn)行。3DG/Fe2O3氣凝膠直接作為鋰離子電池負(fù)極不僅表現(xiàn)出良好的機(jī)械性能,而且表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,在0.2 A/g電流密度下循環(huán)130圈之后容量為1129 mAh/g,在5 A/g的大電流密度下循環(huán)1200圈之后容量為523.5 mAh/g,循環(huán)保持率為98%,是迄今為止報(bào)道的基于Fe2O3鋰離子負(fù)極材料的最佳性能。(2)通過(guò)退火處理Se粉與三維石墨烯包裹的普魯士藍(lán)復(fù)合物,成功制備出三維石墨烯包覆碳包裹的硒化鐵復(fù)合物,碳層可以有效避免電解液與活性物質(zhì)(硒化鐵)的直接接觸,緩解體積膨脹效應(yīng)。所制備的復(fù)合物用作鋰離子電池負(fù)極表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能:在0.2 A/g電流密度下,循環(huán)120圈之后放電比容量為884.1 mAh/g,在1 A/g電流密度下,循環(huán)250圈之后放電比容量為 815.2 mAh/g。我們的研究工作提供了一種通用的合成方法,可以擴(kuò)展用于合成其它基于三維石墨烯基復(fù)合材料和下一代高性能柔性電子器件。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM912
【圖文】：

極材料脫出）。鋰離子就這樣在正負(fù)極之間進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)并發(fā)生氧化還原反應(yīng)，逡逑電子和離子的傳輸形成一個(gè)電流回路，整個(gè)電路就導(dǎo)通了。鋰離子電池反應(yīng)機(jī)逡逑理以鋰金屬氧化物ＬｉＭ０２為正極、石墨Ｃ為負(fù)極材料為例子，如圖１．２反應(yīng)方逡逑程式所示。逡逑正極：ＵＭ（＼邋卜：苧毛弋邋Ｌｉ＾ＭＣ＾＋ｘｌＴ邋＋ｘｅ—１逡逑負(fù)極：《Ｃ邋＋邋ｊｃＬＴ邋＋邋奸－＜邋＾．＞Ｌｉ，Ｃ？逡逑Ｒ屯逡逑Ｋ＊Ｇ逡逑圖１．２鋰離子電池電極反應(yīng)方程式逡逑１．３鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展逡逑１．３．１鋰離子電池負(fù)極材料需要的基本條件逡逑鋰離子電池負(fù)極材料的研宄是至關(guān)重要的，其影響到電池容量的大小，安逡逑全性，壽命等方面。一般來(lái)說(shuō)，作為鋰離子電池負(fù)極材料需要滿足以下幾條％逡逑（１）組成負(fù)極材料的元素或者化合物要有較低的分子量或者原子量，這樣逡逑３逡逑

極材料脫出）。鋰離子就這樣在正負(fù)極之間進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)并發(fā)生氧化還原反應(yīng)，逡逑電子和離子的傳輸形成一個(gè)電流回路，整個(gè)電路就導(dǎo)通了。鋰離子電池反應(yīng)機(jī)逡逑理以鋰金屬氧化物ＬｉＭ０２為正極、石墨Ｃ為負(fù)極材料為例子，如圖１．２反應(yīng)方逡逑程式所示。逡逑正極：ＵＭ（＼邋卜：苧毛弋邋Ｌｉ＾ＭＣ＾＋ｘｌＴ邋＋ｘｅ—１逡逑負(fù)極：《Ｃ邋＋邋ｊｃＬＴ邋＋邋奸－＜邋＾．＞Ｌｉ，Ｃ？逡逑Ｒ屯逡逑Ｋ＊Ｇ逡逑圖１．２鋰離子電池電極反應(yīng)方程式逡逑１．３鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展逡逑１．３．１鋰離子電池負(fù)極材料需要的基本條件逡逑鋰離子電池負(fù)極材料的研宄是至關(guān)重要的，其影響到電池容量的大小，安逡逑全性，壽命等方面。一般來(lái)說(shuō)，作為鋰離子電池負(fù)極材料需要滿足以下幾條％逡逑（１）組成負(fù)極材料的元素或者化合物要有較低的分子量或者原子量，這樣逡逑３逡逑

極材料脫出）。鋰離子就這樣在正負(fù)極之間進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)并發(fā)生氧化還原反應(yīng)，逡逑電子和離子的傳輸形成一個(gè)電流回路，整個(gè)電路就導(dǎo)通了。鋰離子電池反應(yīng)機(jī)逡逑理以鋰金屬氧化物ＬｉＭ０２為正極、石墨Ｃ為負(fù)極材料為例子，如圖１．２反應(yīng)方逡逑程式所示。逡逑正極：ＵＭ（＼邋卜：苧毛弋邋Ｌｉ＾ＭＣ＾＋ｘｌＴ邋＋ｘｅ—１逡逑負(fù)極：《Ｃ邋＋邋ｊｃＬＴ邋＋邋奸－＜邋＾．＞Ｌｉ，Ｃ？逡逑Ｒ屯逡逑Ｋ＊Ｇ逡逑圖１．２鋰離子電池電極反應(yīng)方程式逡逑１．３鋰離子電池負(fù)極材料研究進(jìn)展逡逑１．３．１鋰離子電池負(fù)極材料需要的基本條件逡逑鋰離子電池負(fù)極材料的研宄是至關(guān)重要的，其影響到電池容量的大小，安逡逑全性，壽命等方面。一般來(lái)說(shuō)，作為鋰離子電池負(fù)極材料需要滿足以下幾條％逡逑（１）組成負(fù)極材料的元素或者化合物要有較低的分子量或者原子量，這樣逡逑３逡逑

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