本文關鍵詞：鍺基納米材料的制備及作為鋰離子電池負極材料的研究

  更多相關文章： 鋰離子電池 納米材料 二氧化鍺/鍺/碳 鍺/碳 碳包覆 鍺酸鈣 海膽狀空心球

【摘要】：近幾年來,納米材料被成功地應用在可充電鋰離子電池上,用來提高電池的儲鋰容量和循環(huán)性能。許多容量高循環(huán)性能好的負極材料被提出來替代商用的石墨負極。鍺基材料被認為是比較有前景的負極材料,因為它的理論容量比較高,并且鋰在鍺中的擴散速率快。純鍺負極在鋰合金化和去合金化的過程中存在較大的體積變化(370%),會導致結構的破壞和容量的快速衰減。研究表明,將材料納米化、表面碳包覆建立緩沖結構等方法能夠有效防止鍺顆粒在充放電過程中發(fā)生團聚,并且緩解材料的體積膨脹,從而改善材料的電化學性能。本文中我們合成了海膽狀Ca_2Ge_7O_(16)空心球材料,和GeO_2/Ge/C,Ge/C兩種碳包覆的復合材料。運用SEM,XRD,TEM,TGA等現(xiàn)代測試分析方法對這些材料進行了系統(tǒng)的研究,包括它們的結構和物理特性,并且探究了這些材料作為鋰離子電池負極的性能。我們的研究工作主要有以下幾個方面：在第3章中,采用甲基脲輔助水熱法合成了海膽狀Ca_2Ge_7O_(16)空心球材料。通過添加不同濃度的甲基脲控制形貌變化。探索了不同堿源,不同溫度對形貌的影響。通過基于時間的形態(tài)演變的實驗研究了海膽狀空心球的生長機理。作為鋰離子負極,Ca_2Ge_7O_(16)展現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能和倍率性能。電流密度為1000 mAg~(-1)時,循環(huán)200周后,容量仍然保持在603 mAh g~(-1)。在高電流密度4 A g~(-1)時,電池的容量為420 mAh g~(-1)。在第4章中,通過兩種不同的方法分別合成了GeO_2/Ge/C,Ge/C。與商品的GeO_2電化學性能相比,發(fā)現(xiàn)制備的兩種材料的循環(huán)性能和倍率性能都提高了GeO_2/Ge/C在電流為100 mA g~(-1)時,循環(huán)50周以后容量仍然保持在800 mAh g~(-1)。并且倍率性能良好,在高電流密度1800 mA g~(-1)時,可逆容量為480 mAh g~(-1)。Ge/C在電流密度為100 mA g~(-1)時,循環(huán)50周后,容量保持在580 mAh g~(-1),在高電流密度1800 mA g~(-1)時,可逆容量為440 mAh g~(-1)。探索了兩種材料的電化學性能提高的原因,比較了兩種不同的碳包覆方法對材料形貌和性能的影響。
【關鍵詞】：鋰離子電池 納米材料 二氧化鍺/鍺/碳 鍺/碳 碳包覆 鍺酸鈣 海膽狀空心球
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰離子電池基礎10-14
• 1.2.1 鋰離子電池的基本概念10-12
• 1.2.2 鋰離子電池的發(fā)展史12-13
• 1.2.3 鋰離子電池的特點13
• 1.2.4 鋰離子電池的應用13-14
• 1.3 鋰離子電池負極材料14-16
• 1.4 鍺/氧化鍺負極材料的研究進展16-19
• 1.4.1 鍺/二氧化鍺納米材料的合成16-17
• 1.4.2 鍺/氧化鍺納米材料在鋰離子電池中的應用17-19
• 1.5 金屬鍺酸鹽19-21
• 1.5.1 金屬鍺酸鹽的合成20
• 1.5.2 金屬鍺酸鹽在鋰離子電池中的應用20-21
• 1.6 本研究課題的目的與內容21-23
• 1.6.1 研究的目的21-22
• 1.6.2 研究的內容22-23
• 第2章 材料的制備及測試方法23-28
• 2.1 實驗藥品與儀器23-24
• 2.1.1 實驗藥品23
• 2.1.2 實驗儀器23-24
• 2.2 極片的制備及電池的組裝過程24-25
• 2.2.1 極片的制備過程24
• 2.2.2 電池的組裝過程24-25
• 2.3 電池材料的物理表征25-26
• 2.3.1 X射線衍射分析(XRD)25
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡分析(SEM)25
• 2.3.3 透射電子顯微鏡分析(TEM)25-26
• 2.3.4 熱重分析(TG)26
• 2.4 電池的電化學性能表征26-28
• 2.4.1 循環(huán)伏安測試(CV)26
• 2.4.2 電化學交流阻抗(EIS)26
• 2.4.3 恒電流充放電以及倍率性能測試26-28
• 第3章 海膽狀Ca_2Ge_7O_(16)負極材料的制備及其電化學性能28-39
• 3.1 前言28
• 3.2 材料的合成28-29
• 3.2.1 海膽狀的Ca_2Ge_7O_(16)空心納米球的制備28-29
• 3.2.2 設計的各種對比實驗29
• 3.3 結果與討論29-38
• 3.3.1 材料的結構和形貌粉分析29-34
• 3.3.2 鋰電性能研究34-38
• 3.4 本章小結38-39
• 第4章 GeO_2/Ge與碳復合物的制備和電化學性能研究39-49
• 4.1 前言39
• 4.2 硅與碳復合物的制備和電化學性能及其與鍺的比較39-42
• 4.2.1 Si/C和Si/C/C NT的制備及電化學性能39-41
• 4.2.2 Si/RGO的制備及電化學性能41
• 4.2.3 SiO_2的制備與還原及其與鍺的比較41-42
• 4.3 材料的合成42-43
• 4.3.1 Ge/C和GeO_2/Ge/C的制備方法42
• 4.3.2 商品的GeO_2作為原料制備納米GeO_2顆粒的探究42-43
• 4.4 結果與討論43-48
• 4.4.1 材料的結構和形貌粉分析43-46
• 4.4.2 鋰電性能測試46-48
• 4.5 本章小結48-49
• 結論與展望49-51
• 結論49
• 展望49-51
• 參考文獻51-59
• 致謝59-60
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄60

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