本文關(guān)鍵詞：高性能電極材料的設計與制備及其電化學性能研究

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【摘要】：鋰離子電池和超級電容器是目前研究中非常有前景的儲能設備。對于兩種儲能體系而言,電極材料是影響它們性能最主要的因素,因此,得到高性能的電極材料對鋰離子電池和超級電容器的發(fā)展具有非同尋常的意義。本文通過設計材料的結(jié)構(gòu),得到了高性能的電極材料,并采用X射線衍射(XRD),掃描電鏡(SEM),透射電鏡(TEM)等方法對所制備材料的結(jié)構(gòu)形貌進行表征；采用循環(huán)伏安法,恒電流充放電等方法對其電化學性能進行了深入研究：(1)針對鋰離子電池體系,設計并制備出了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的SnO2@C/石墨烯和Sn@C/石墨烯納米復合材料。通過氣液界面法制得二氧化錫納米顆粒、改進Hummers法得到氧化石墨,同時結(jié)合水熱碳包覆、水熱自組裝以及高溫熱處理得到合成產(chǎn)物,結(jié)果表明實驗最終獲得了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的Sn02@C/石墨烯納米復合材料,同時Sn02顆粒小于6nm,在Sn02@C/石墨烯納米復合材料中的分布較為均勻,基本沒有團聚現(xiàn)象發(fā)生；其比表面積和總孔體積分別為196.4m2 g-1,0.15 cm3 g-1。在100mAg-1的電流密度下,首次可逆比容量高達1115 mAhg-1;在恒電流充放電50次后,其比容量仍保持在1000 mAh g-1以上；當電流密度高達1000 mA g-1時,其比容量為100 mA g-1時的50%,說明具有良好的倍率性能。將上述方法推廣應用至金屬單質(zhì)錫與石墨烯的復合材料中,制得具有孔洞結(jié)構(gòu)的Sn@C/石墨烯納米復合材料,并研究其電化學性能。結(jié)果表明：Sn顆粒持有較小的粒徑,不超過10 nm,并在Sn@C/石墨烯納米復合材料中的分布均勻,基本沒有團聚現(xiàn)象發(fā)生；比表面積和總孔體積分別為598lm2g-1,0.38 cm3 g-1。在100 mA g-1的電流密度下,首次可逆比容量為928mAh g-1;在恒電流充放電50次后,其比容量仍保持在602 mAh g-1。(2)針對超級電容器體系,首次通過氣液界面反應制備得到了具有層狀結(jié)構(gòu)的Bi2O2CO3納米片。所得到的Bi2O2CO3納米片厚度較薄,接近透明。在1 Ag-1的電流密度下,其比電容高達1045.3 Fg-1;在電流密度高達20 A g-1時,其比電容仍保持在714.4 F g-1,說明具有良好的倍率性能；在20 Ag-1的高電流密度下循環(huán)250次后,其比電容的衰退不足6%。最重要的是,通過分析Bi2O2CO3在充放電前后的XRD和XPS數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)OH"可以可逆的插入到層狀的Bi2O2CO3中使鉍的化合價發(fā)生改變而不引起B(yǎng)i2O2CO3的晶體結(jié)構(gòu)變化,這也是導致Bi2O2CO3具有較高比電容,良好的倍率性能和循環(huán)性能的原因,這種反應機理很可能同樣適用于其他層狀碳酸鹽。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O646.54

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本文編號：1216189