發(fā)布時(shí)間：2017-08-17 01:30

  本文關(guān)鍵詞：碳包覆鐵化合物復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的原位熱解合成及儲(chǔ)鋰性能

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【摘要】：鋰離子電池作為一種綠色無污染的能源存儲(chǔ)設(shè)備,受到了人們的廣泛的關(guān)注和應(yīng)用,極大地改善了人們的生產(chǎn)生活方式,促進(jìn)了了社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展。然而,隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,人們對(duì)鋰離子電池的性能提出了更高的的要求。提升鋰離子電池性能的主要方法就是通過研發(fā)一種新型的電極材料,來實(shí)現(xiàn)鋰電池性能的大幅度提升。過渡金屬化合物由于其獨(dú)特的儲(chǔ)鋰機(jī)理而有希望成為這種新型的電極材料。其中以鐵為過渡金屬元素組成的化合物受到了廣泛的研究,但是由于其電導(dǎo)率低、充放電時(shí)體積變化較大,易造成電池循環(huán)穩(wěn)定能差、倍率性能差,從而限制了它們的應(yīng)用。通過與納米碳材料復(fù)合形成一種碳包覆過渡金屬化合物的結(jié)構(gòu)可以極大地改善其缺點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。本課題的目的是通過一種簡單、方便的方法來合成出碳包覆的納米結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)FeF2和FeS的表面改性,充分利用它們的電化學(xué)性能,提升其作為鋰離子電池電極材料時(shí)的性能。首先,分別通過二茂鐵與氟化銨以及升華硫的原位熱解反應(yīng)一步制備出兩種碳包覆復(fù)合納米材料,即碳納米管包覆FeF2納米棒(FeF2@CNTs)結(jié)構(gòu)以及"sheet on sheet"型石墨烯負(fù)載的石墨烯包覆FeS納米片(FeS@G/G),并通過對(duì)比不同反應(yīng)條件的產(chǎn)物結(jié)構(gòu),探討并推測了兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)的生成機(jī)理：(1)FeF2@CNTs結(jié)構(gòu)的生成主要是依靠FeF2納米棒與碳管的協(xié)同生長機(jī)制,即氟化銨中的氟離子與二茂鐵中的鐵反應(yīng)生成FeF2納米棒,同時(shí),FeF2納米棒催化碳原子在其表面生長,形成納米管結(jié)構(gòu),形成的納米管結(jié)構(gòu)又會(huì)促進(jìn)納米棒的一維生長,最終形成FeF2@CNTs結(jié)構(gòu)。(2)FeS@G/G結(jié)構(gòu)的生成分為兩步：首先,二茂鐵與硫發(fā)生反應(yīng)形成無定型炭納米片負(fù)載FeS顆粒結(jié)構(gòu)；然后,無定形炭納米片結(jié)晶發(fā)育成石墨烯片納米片,而附著于炭納米片F(xiàn)eS顆粒熔并生長成FeS納米片,并催化石墨烯包覆層的生長,最終形成‘'sheet-on-sheet"型石墨烯負(fù)載的石墨烯包覆FeS納米片。通過電化學(xué)測試分別考察了兩種材料作為鋰電池電極材料時(shí)的儲(chǔ)鋰性能,發(fā)現(xiàn)兩種電極材料均表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲(chǔ)鋰容量,較好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能：(1)在50mAg-1電流密度下,FeF2@CNTs納米棒的首次可逆容量是263mAhg-1,循環(huán)50次后,容量幾乎沒有衰減,表現(xiàn)出了優(yōu)異的儲(chǔ)鋰容量和循環(huán)穩(wěn)定性。在1Ahg-1時(shí),首次可逆容量是133mAhg-1,50次循環(huán)后,容量保持在93mAhg-',表現(xiàn)出了良好的倍率性能。(2)在50mAg-1電流密度下,FeS@G/G納米片的首次可逆容量可以達(dá)到934.7 mAhg-1,循環(huán)80次后容量保持在847.5mAhg-1,平均每次容量衰減率僅為0.23%。而且具有良好的倍率性能：當(dāng)電流密度是1Ag-1時(shí),首次可逆容量可以達(dá)到643.9mAhg-1,80次循環(huán)后可逆容量仍能保持在568.9mAhg-1。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 二茂鐵 氟化銨 硫 碳納米管 石墨烯 碳包覆 氟化亞鐵 硫化亞鐵 納米棒 納米片
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O646.54;TM912
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 緒論16-34
• 1.1 前言16
• 1.2 鋰離子電池的工作原理16-18
• 1.3 過渡金屬化合物的性質(zhì)和儲(chǔ)鋰機(jī)理18-20
• 1.4 鐵基過渡金屬化合物的儲(chǔ)鋰應(yīng)用20-24
• 1.4.1 納米鐵氧化合物20-23
• 1.4.2 納米鐵氟化合物23
• 1.4.3 納米鐵硫化合物23-24
• 1.5 炭基鐵化合物納米材料24-30
• 1.5.1 炭基納米鐵氧化合物25-27
• 1.5.2 炭基納米鐵氟化合物27-29
• 1.5.3 炭基納米鐵硫化合物29-30
• 1.6 選題的目的和意義30-31
• 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容31-34
• 第二章 實(shí)驗(yàn)與測試方法34-42
• 2.1 研究方案34
• 2.2 主要實(shí)驗(yàn)原料34-36
• 2.2.1 二茂鐵34-35
• 2.2.2 其它實(shí)驗(yàn)原料35
• 2.2.3 電池組裝所用的原料35-36
• 2.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備36-37
• 2.3.1 材料制備設(shè)備36
• 2.3.2 材料表征設(shè)備36-37
• 2.4 實(shí)驗(yàn)方法37-38
• 2.4.1 碳納米管包覆FeF_2納米棒(FeF_2@CNTs)的制備37
• 2.4.2 石墨烯負(fù)載石墨烯包覆的FeS納米片(FeS@G/G)的制備37-38
• 2.5 主要分析表征手段38-39
• 2.5.1 掃描電子顯微鏡(SEM)38
• 2.5.2 原子力顯微鏡(AFM)38
• 2.5.3 透射電鏡(TEM)與高分辨透射電鏡(HRTEM)38
• 2.5.4 X射線衍射分析(XRD)38-39
• 2.5.5 熱重掃描熱分析(TG)39
• 2.6 電化學(xué)測試39-42
• 2.6.1 電極制備與電池組裝39
• 2.6.2 恒流充放電測試39-40
• 2.6.3 循環(huán)伏安(CV)以及交流阻抗(AC)測試40-42
• 第三章 碳納米管包覆FeF_2納米棒的制備及其儲(chǔ)鋰性能42-56
• 3.1 引言42-43
• 3.2 FeF_2@CNTs納米棒的原位熱解法制備43
• 3.3 FeF_2@CNTs納米棒的形貌和結(jié)構(gòu)43-48
• 3.4 反應(yīng)溫度對(duì)FeF_2@CNTs納米棒結(jié)構(gòu)的影響48-52
• 3.4.1 反應(yīng)溫度為450℃時(shí)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)48-50
• 3.4.2 反應(yīng)溫度為700℃時(shí)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)50-52
• 3.5 FeF_2@CNTs納米棒的形成機(jī)制52-53
• 3.6 FeF_2@CNTs納米棒的儲(chǔ)鋰性能53-55
• 3.7 小結(jié)55-56
• 第四章 “sheet-on-sheet”型FeS@G/G納米片的原位熱解合成及其儲(chǔ)鋰性能56-82
• 4.1 引言56
• 4.2 FeS@G/G納米片的原位熱解合成56-57
• 4.3 FeS@G/G的形貌和結(jié)構(gòu)57-62
• 4.4 FeS@G/G納米片生長的關(guān)鍵影響因素及生成機(jī)理62-73
• 4.4.1 反應(yīng)物配比對(duì)產(chǎn)物形貌結(jié)構(gòu)的影響62-63
• 4.4.2 FeS模板對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)片層的生長的影響63-65
• 4.4.3 保溫時(shí)間對(duì)片層結(jié)構(gòu)生長的影響65-67
• 4.4.4 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)物形貌結(jié)構(gòu)的影響67-72
• 4.4.5 FeS@G/G納米片的形成機(jī)理72-73
• 4.5 FeS@G/G納米片的儲(chǔ)鋰性能73-80
• 4.5.1 電解液對(duì)FeS電極儲(chǔ)鋰性能的影響73-74
• 4.5.2 溫度對(duì)熱解產(chǎn)物的儲(chǔ)鋰性能的影響74-76
• 4.5.3 FeS@G/G納米片的倍率性能76-77
• 4.5.4 FeS@G/G納米片的儲(chǔ)鋰機(jī)理77-79
• 4.5.5 FeS@G/G納米片的交流阻抗79-80
• 4.6 小結(jié)80-82
• 第五章 結(jié)論82-84
• 參考文獻(xiàn)84-92
• 致謝92-94
• 作者攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文集及科研成果目錄94-96
• 作者和導(dǎo)師簡介96-98
• 附件98-99

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 仝建波;溫俊濤;;磷化鈷微米花的制備及電化學(xué)性能[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);2015年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 王家政;三維納米結(jié)構(gòu)電極的制備及作為鋰離子電池負(fù)極的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2013年

2 楊振華;金屬氟化物及金屬磷化物的第一性原理研究[D];湘潭大學(xué);2011年

3 史月麗;鋰離子電池金屬氟化物正極材料的制備及界面性能研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2013年

4 張帆;電弧放電法制備新型碳—鐵納米復(fù)合材料以及碳-氮納米材料[D];天津大學(xué);2013年

5 吳超;鐵基氧化物的制備與電極界面性能研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 李淑;金屬磷化物納/微米材料的制備、表征及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2013年

2 王同保;Fe_3O_4擔(dān)載及包覆的介孔碳的合成及吸附性能的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

3 趙廈;親水性順鉑磁性固體脂質(zhì)納米粒分子設(shè)計(jì)[D];河北醫(yī)科大學(xué);2014年

4 王皓鶴;鋰離子電池富鋰錳基固溶體類正極材料的制備與研究[D];蘇州大學(xué);2014年

5 張馨洋;磁性聚二乙烯基苯的合成及吸附性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

6 李蔓紅;磁分離Fe_3O_4@TiO_2核殼納米結(jié)構(gòu)的制備及其光催化性能研究[D];山西師范大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：686528