本文關(guān)鍵詞：鍺基納米材料的制備及作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究

  更多相關(guān)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(lái),納米材料被成功地應(yīng)用在可充電鋰離子電池上,用來(lái)提高電池的儲(chǔ)鋰容量和循環(huán)性能。許多容量高循環(huán)性能好的負(fù)極材料被提出來(lái)替代商用的石墨負(fù)極。鍺基材料被認(rèn)為是比較有前景的負(fù)極材料,因?yàn)樗睦碚撊萘勘容^高,并且鋰在鍺中的擴(kuò)散速率快。純鍺負(fù)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(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)等方法能夠有效防止鍺顆粒在充放電過程中發(fā)生團(tuán)聚,并且緩解材料的體積膨脹,從而改善材料的電化學(xué)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(fù)合材料。運(yùn)用SEM,XRD,TEM,TGA等現(xiàn)代測(cè)試分析方法對(duì)這些材料進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,包括它們的結(jié)構(gòu)和物理特性,并且探究了這些材料作為鋰離子電池負(fù)極的性能。我們的研究工作主要有以下幾個(gè)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(duì)形貌的影響。通過基于時(shí)間的形態(tài)演變的實(shí)驗(yàn)研究了海膽狀空心球的生長(zhǎng)機(jī)理。作為鋰離子負(fù)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(shí),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(shí),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(xué)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(shí),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(shí),可逆容量為480 mAh g~(-1)。Ge/C在電流密度為100 mA g~(-1)時(shí),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(shí),可逆容量為440 mAh g~(-1)。探索了兩種材料的電化學(xué)性能提高的原因,比較了兩種不同的碳包覆方法對(duì)材料形貌和性能的影響。
【關(guān)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(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(chǔ)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(diǎn)13
• 1.2.4 鋰離子電池的應(yīng)用13-14
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料14-16
• 1.4 鍺/氧化鍺負(fù)極材料的研究進(jìn)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(yīng)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(yīng)用20-21
• 1.6 本研究課題的目的與內(nèi)容21-23
• 1.6.1 研究的目的21-22
• 1.6.2 研究的內(nèi)容22-23
• 第2章 材料的制備及測(cè)試方法23-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品與儀器23-24
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品23
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)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(xué)性能表征26-28
• 2.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試(CV)26
• 2.4.2 電化學(xué)交流阻抗(EIS)26
• 2.4.3 恒電流充放電以及倍率性能測(cè)試26-28
• 第3章 海膽狀Ca_2Ge_7O_(16)負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)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(shè)計(jì)的各種對(duì)比實(shí)驗(yàn)29
• 3.3 結(jié)果與討論29-38
• 3.3.1 材料的結(jié)構(gòu)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(jié)38-39
• 第4章 GeO_2/Ge與碳復(fù)合物的制備和電化學(xué)性能研究39-49
• 4.1 前言39
• 4.2 硅與碳復(fù)合物的制備和電化學(xué)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(xué)性能39-41
• 4.2.2 Si/RGO的制備及電化學(xué)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(jié)果與討論43-48
• 4.4.1 材料的結(jié)構(gòu)和形貌粉分析43-46
• 4.4.2 鋰電性能測(cè)試46-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 結(jié)論與展望49-51
• 結(jié)論49
• 展望49-51
• 參考文獻(xiàn)51-59
• 致謝59-60
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄60

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本文編號(hào)：816453