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氧化鐵和石墨烯復(fù)合氧化鐵的制備及其電化學(xué)性能研究

發(fā)布時間:2017-07-02 11:28

  本文關(guān)鍵詞:氧化鐵和石墨烯復(fù)合氧化鐵的制備及其電化學(xué)性能研究,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


【摘要】:鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)穩(wěn)定性好的特點,在能量儲存設(shè)備和便攜式電子產(chǎn)品中占有重要地位。氧化鐵作為負(fù)極材料由于成本低、理論容量高和綠色環(huán)保引起了廣泛關(guān)注。但是氧化鐵在充放電過程中體積會發(fā)生劇烈的變化,從而使電化學(xué)性能遭到破壞。此外,氧化鐵較差的導(dǎo)電性也損害了電池容量。 針對上述問題,本論文采用溶劑熱法、水熱法和軟模板法制備不同形貌氧化鐵,并研究氧化鐵的形貌對電化學(xué)性能的影響。利用氧化石墨制備石墨烯與氧化鐵的復(fù)合材料,系統(tǒng)地研究復(fù)合材料的電化學(xué)性能。主要研究結(jié)果如下: 1)以氯化鐵為原料,尿素為反應(yīng)添加劑,采用溶劑熱法制備氧化鐵顆粒。研究表明:尿素含量和水熱溫度均會影響產(chǎn)物的形貌與結(jié)構(gòu),并進(jìn)一步影響鋰離子電池性能。當(dāng)氯化鐵和尿素物質(zhì)的量比為1:2時,所制備氧化鐵顆粒尺寸為0.35~0.5μm,且分布均勻、結(jié)晶性好。 2)以氯化鐵和硫酸鈉為原料,采用水熱法制備花形氧化鐵,初步分析形成機(jī)理,并研究其電化學(xué)性能。研究表明:當(dāng)硫酸鈉與氯化鐵的物質(zhì)的量比為1:1時,在140℃水熱反應(yīng)16h所得氧化鐵具有尺寸為3~4.5μm的花形形貌。該花形氧化鐵恒流充放電30次后比容量為497.3mAh/g。 3)以氯化鐵為原料,通過軟模板法制備納米球形氧化鐵,進(jìn)而研究其電化學(xué)性能。研究表明:丙三醇和水的體積比為1:3時,所制備的球形氧化鐵尺寸小、分布均勻,結(jié)晶性好。該球形氧化鐵恒流充放電30次后比容量為533.6mAh/g。 4)將氧化石墨與上述三種氧化鐵的前驅(qū)體復(fù)合,通過退火工藝制備石墨烯與氧化鐵的復(fù)合材料,并研究其電化學(xué)性能。研究表明:與沒有復(fù)合石墨烯的氧化鐵相比,石墨烯與氧化鐵復(fù)合材料的比容量、循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能均有較大提高。其中,石墨烯與球形氧化鐵的復(fù)合材料在恒流充放電30次后比容量高達(dá)657.2mAh/g,比容量提高了23.2%。
【關(guān)鍵詞】:氧化鐵 石墨烯 鋰離子電池 比容量
【學(xué)位授予單位】:電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2013
【分類號】:TQ138.11;TM912
【目錄】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第一章 緒論10-27
  • 1.1 研究背景10-12
  • 1.2 三氧化二鐵材料的研究進(jìn)展12-20
  • 1.2.1 不同形貌三氧化二鐵的制備方法12-18
  • 1.2.2 三氧化二鐵的鋰離子電池性能研究18-20
  • 1.3 石墨烯與氧化鐵復(fù)合材料的研究進(jìn)展20-24
  • 1.3.1 石墨烯與氧化鐵復(fù)合材料的制備方法21-23
  • 1.3.2 氧化鐵與石墨烯復(fù)合材料的鋰離子電池性能研究23-24
  • 1.4 本論文的提出及意義24-25
  • 1.5 本論文的研究內(nèi)容25-27
  • 第二章 實驗方法27-36
  • 2.1 材料的表征與測試方法27-30
  • 2.1.1 X 射線衍射27
  • 2.1.2 掃描電子顯微鏡27-28
  • 2.1.3 光電子能譜28-29
  • 2.1.4 鋰離子電池循環(huán)伏安曲線和交流阻抗測試29-30
  • 2.1.5 鋰離子電池恒流充放電和倍率性能測試30
  • 2.2 實驗所用原料與設(shè)備30-32
  • 2.3 氧化鐵及其與石墨烯復(fù)合材料的制備32-33
  • 2.3.1 溶劑熱法制備氧化鐵32
  • 2.3.2 水熱法制備氧化鐵32-33
  • 2.3.3 軟模板法制備氧化鐵33
  • 2.4 石墨烯與氧化鐵復(fù)合材料的制備33-34
  • 2.5 電池的封裝34-36
  • 第三章 氧化鐵的可控合成及其電化學(xué)性能36-61
  • 3.1 影響氧化鐵顆粒合成和形貌的主要因素36-41
  • 3.1.1 氧化鐵納米顆粒的形貌和成分的表征36-37
  • 3.1.2 尿素含量的影響37-39
  • 3.1.3 溶劑熱反應(yīng)溫度的影響39-41
  • 3.2 影響花形氧化鐵合成和形貌的主要因素41-46
  • 3.2.1 花形氧化鐵的合成和成分表征41-42
  • 3.2.2 無水 Na_2SO_4的含量42-44
  • 3.2.3 水熱反應(yīng)溫度的影響44-46
  • 3.3 影響球形氧化鐵合成和形貌的主要因素46-51
  • 3.3.1 球形氧化鐵的形貌和成分表征46-48
  • 3.3.2 丙三醇的含量48-49
  • 3.3.3 反應(yīng)溫度的影響49-51
  • 3.4 不同形貌氧化鐵電化學(xué)性能的研究51-60
  • 3.4.1 氧化鐵顆粒的電化學(xué)性能51-54
  • 3.4.2 花形氧化鐵的電化學(xué)性能54-57
  • 3.4.3 球形氧化鐵的電化學(xué)性能57-60
  • 3.5 本章小結(jié)60-61
  • 第四章 石墨烯與氧化鐵復(fù)合材料的合成及其電化學(xué)性能61-70
  • 4.1 石墨烯與氧化鐵顆粒的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表征及其性能研究61-63
  • 4.1.1 石墨烯與氧化鐵顆粒復(fù)合材料的形貌和尺寸61-62
  • 4.1.2 石墨烯與氧化鐵顆粒復(fù)合材料的電化學(xué)性能62-63
  • 4.2 石墨烯與花形氧化鐵復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征及其性能研究63-66
  • 4.2.1 石墨烯與花形氧化鐵復(fù)合材料的形貌和尺寸63-64
  • 4.2.2 石墨烯與花形氧化鐵復(fù)合材料的電化學(xué)性能64-66
  • 4.3 石墨烯與球形氧化鐵復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征及其性能研究66-68
  • 4.3.1 石墨烯與球形氧化鐵復(fù)合材料的形貌尺寸66-67
  • 4.3.2 石墨烯與球形氧化鐵復(fù)合材料的電化學(xué)性能67-68
  • 4.4 本章小結(jié)68-70
  • 第五章 結(jié)論與展望70-71
  • 致謝71-72
  • 參考文獻(xiàn)72-77
  • 攻碩期間取得的研究成果77-78

【共引文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞:氧化鐵和石墨烯復(fù)合氧化鐵的制備及其電化學(xué)性能研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



本文編號:509761

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