本論文主要利用靜電紡絲技術(shù)組裝金屬-有機(jī)框架(MOF)納米顆粒,制備尺寸均勻可控的含有大量MOF顆粒的靜電紡絲納米纖維。經(jīng)過(guò)一系列后處理,獲得表面包覆硫化物納米片或內(nèi)部鑲嵌過(guò)渡金屬/金屬碳化物的一維半導(dǎo)體納米復(fù)合材料。將上述所制備的樣品作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行研究,探索材料的結(jié)構(gòu)和組分等對(duì)電池電化學(xué)性能的影響,制備具有高鋰電性能的MOF基衍生碳納米復(fù)合材料。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:1.制備了具有高鋰電性能的MoS_2/N摻雜的多孔碳納米纖維。首先,利用靜電紡絲對(duì)納米結(jié)構(gòu)單元的組裝技術(shù),通過(guò)直接紡絲法電紡聚丙烯腈(PAN)和沸石結(jié)構(gòu)的MOF(ZIF-8),使ZIF-8納米顆粒緊密組裝在PAN電紡纖維內(nèi),這種結(jié)構(gòu)有利于提高材料的孔體積和比表面積。然后,經(jīng)過(guò)氮?dú)夥諊械母邷赝嘶鹛幚?獲得N摻雜的多孔碳納米纖維(PCNFs)。最后,以鉬酸銨和硫脲作為MoS_2的前驅(qū)體,通過(guò)水熱法在PCNF表面包覆MoS_2納米片(PCNF@MoS_2)。所制備的復(fù)合材料具有以下優(yōu)點(diǎn):第一,將碳材料與MoS_2復(fù)合,有效地解決了MoS_2這種半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性差和穩(wěn)定性低的缺點(diǎn);第二,將碳纖維作為模板,能夠使MoS_2納米片垂直組裝在纖維表面的同時(shí),定向生長(zhǎng)并組裝成一維結(jié)構(gòu),很好地解決了MoS_2的分散性問(wèn)題;第三,多孔結(jié)構(gòu)有利于解決材料在鋰化過(guò)程中體積膨脹的問(wèn)題,高比表面積有利于電解質(zhì)和活性物質(zhì)的充分接觸,進(jìn)而提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和儲(chǔ)鋰性能。研究表明,PCNF@MoS_2在1.0 A g~(-1)條件下循環(huán)450圈后的比容量為1116 mA h g~(-1),證明材料的高循環(huán)穩(wěn)定性和高容量。2.本論文也對(duì)過(guò)渡金屬碳化物摻雜的多孔碳纖維的鋰離子電池性能進(jìn)行了研究。利用靜電紡絲技術(shù)組裝MIL-88納米顆粒,并進(jìn)一步通過(guò)高溫煅燒,制備了氮摻雜的含有Fe_3C納米顆粒的碳纖維(N-Fe_3C-CNFs)。對(duì)材料進(jìn)行了微觀(guān)結(jié)構(gòu)和組分的系列表征,并將此材料作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行鋰電池的電化學(xué)性能研究,包括電池的循環(huán)性能、倍率性能、循環(huán)伏安(CV)以及阻抗(EIS)性能等。研究表明,該材料在1 A g~(-1)電流密度下,循環(huán)200圈后仍保持756.6 mA h g~(-1)的可逆比容量。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TQ340.64;TM912
【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池
        1.2.1 鋰離子電池的工作原理
        1.2.2 鋰離子電池的發(fā)展
    1.3 金屬有機(jī)框架
        1.3.1 金屬有機(jī)框架簡(jiǎn)介
        1.3.2 金屬有機(jī)框架的分類(lèi)
    1.4 靜電紡絲技術(shù)
        1.4.1 靜電紡絲技術(shù)簡(jiǎn)介
        1.4.2 靜電紡絲技術(shù)的應(yīng)用
    1.5 本論文的選題意義和目的以及研究?jī)?nèi)容
        1.5.1 本論文的選題意義和目的
        1.5.2 本論文的研究?jī)?nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品
        2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    2.2 材料的結(jié)構(gòu)表征
        2.2.1 場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡
        2.2.2 透射電子顯微鏡
        2.2.3 X-射線(xiàn)光電子能譜
        2.2.4 X-射線(xiàn)衍射儀
        2.2.5 比表面積分析儀
    2.3 電化學(xué)性能測(cè)試
        2.3.1 循環(huán)伏安測(cè)試
        2.3.2 恒電流充放電性能測(cè)試
        2.3.3 電化學(xué)阻抗測(cè)試
2復(fù)合材料的制備及其鋰離子電池性能研究'>第三章 PCNF@MoS₂復(fù)合材料的制備及其鋰離子電池性能研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 ZIF-8 的制備
        3.2.2 靜電紡絲液的制備
        3.2.3 靜電紡絲納米纖維及旋涂膜的制備
        3.2.4 多孔碳纖維以及多孔旋涂膜的制備
        3.2.5 多孔碳纖維表面包覆二硫化鉬的制備
2的制備'>        3.2.6 純MoS₂的制備
        3.2.7 電極的制備
        3.2.8 活性材料的電化學(xué)性能測(cè)試
        3.2.9 材料結(jié)構(gòu)和形貌表征
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 微觀(guān)結(jié)構(gòu)及組分
        3.3.2 電化學(xué)性能測(cè)試
    3.4 本章小結(jié)
3C的碳納米纖維的鋰離子電池性能研究'>第四章 含F(xiàn)e₃C的碳納米纖維的鋰離子電池性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)方法
        4.2.1 MIL-88 的制備
        4.2.2 含MIL-88 的靜電紡絲纖維的制備
3C碳納米纖維的制備'>        4.2.3 純碳纖維以及含F(xiàn)e₃C碳納米纖維的制備
        4.2.4 電極的制備
        4.2.5 鋰離子電池組裝及其電化學(xué)性能測(cè)試
        4.2.6 材料的組分與結(jié)構(gòu)表征
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 形貌與微觀(guān)結(jié)構(gòu)
        4.3.2 電化學(xué)性能測(cè)試
    4.4 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動(dòng)及成果情況

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本文編號(hào)：2875233