本文關(guān)鍵詞：鋅摻雜鐵基氧化物的電化學(xué)性能研究

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【摘要】：在過去的幾十年中,隨著化石燃料的使用增加以及大眾對(duì)周圍生活環(huán)境質(zhì)量的日益關(guān)注,人們對(duì)于能夠滿足社會(huì)飛速增長要求且環(huán)境友好的能源儲(chǔ)存及轉(zhuǎn)化裝置的需求越來越高。在這其中,鋰離子電池作為諸多儲(chǔ)能裝置中一個(gè)不斷被重視的領(lǐng)域,現(xiàn)階段已備受各方研究者關(guān)注。如今,作為已被普遍應(yīng)用為鋰離子電池負(fù)極材料的石墨,因其在長期的應(yīng)用中暴露出的各種缺點(diǎn)已經(jīng)不能適應(yīng)日益增長的要求,而在過渡金屬氧化物與鋰離子的轉(zhuǎn)化反應(yīng)被報(bào)道后,這個(gè)群體因其高的理論容量等一系列優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。然而,在前期的研究中發(fā)現(xiàn),過渡金屬氧化物在經(jīng)過鋰離子的不斷嵌入與脫出過程之后,很難保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以至于可逆容量不高從而限制了它們的進(jìn)一步應(yīng)用。因此,解決上述問題的方向之一就是通過改善過渡金屬氧化物的結(jié)構(gòu)來獲得電化學(xué)性能成了。研究者們探究了很多策略去改善電極材料的循環(huán)及倍率性能,人們發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的電極材料能夠很好的緩解結(jié)構(gòu)壓力并且保持材料在鋰頻繁的嵌入脫出過程中的結(jié)構(gòu)完整性。同時(shí),納米結(jié)構(gòu)的材料還能為材料與電解液之間提供更大的接觸面積從而增加其電化學(xué)性能。另一個(gè)途徑就是異質(zhì)元素的摻雜,通過改善材料的導(dǎo)電性能來獲得更優(yōu)的鋰電性能。因此,為了提升其鋰電的循環(huán)穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)異質(zhì)元素?fù)诫s的納米結(jié)構(gòu)電極材料成為了一個(gè)趨勢(shì)。本文的主要研究工作及結(jié)果如下：(1)通過一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)室途徑合成三氧化二鐵納米棒,隨后以吡咯為碳源成功合成了碳包覆鋅摻雜四氧化三鐵納米棒(其中四氧化三鐵是由三氧化二鐵還原而來),并完成了一系列的電化學(xué)性能表征。結(jié)果顯示,碳包覆鋅摻雜四氧化三鐵納米棒在100 mAg-1電流密度下循環(huán)60次后仍然展示出了高達(dá)949.1mAh g-1的可逆容量,展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。而在相同條件下的三氧化二鐵以及碳包覆四氧化三鐵納米棒電極僅僅展示出了315.4和235.5 mAh g-1的可逆容量。(2)采用水熱法及后續(xù)的一個(gè)煅燒過程,成功合成了鋅摻雜鐵酸鋇納米片及作為對(duì)比樣的純鐵酸鋇納米片,并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。其中鋅摻雜鐵酸鋇納米片是第一次作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明,在100 mAg-1電流密度下進(jìn)行250次循環(huán)后鋅摻雜鐵酸鋇電極的可逆容量達(dá)到了665.5 mAh g-1,在同樣條件下,純鐵酸鋇的可逆容量僅僅為441.5 mAh g-1。在鋅摻雜鐵酸鋇樣品中觀察到的這種相對(duì)于純鐵酸鋇樣品的優(yōu)良的電化學(xué)性能被認(rèn)為是鋅離子摻雜所帶來的,而這個(gè)結(jié)果也是經(jīng)過阻抗測(cè)試所證明的。(3)通過調(diào)節(jié)鐵鍶元素比通過水熱法成功合成厚度為40-60 nm的六方鐵酸鍶納米片,在此基礎(chǔ)上又成功合成了鋅摻雜鐵酸鍶樣品。所得鐵酸鍶納米片經(jīng)過了各項(xiàng)物性表征,并且第一次作為鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明,在100 mAg-1電流密度下270次循環(huán)后,鋅摻雜鐵酸鍶以及鐵酸鍶納米片分別展示出了1015.8 mAh g-1和456.5 mAh g-1的可逆容量,與此同時(shí)在500 mAg-1高電流密度下的長程循環(huán)顯示在700次循環(huán)后鋅摻雜鐵酸鍶納米片電極仍具備457.6 mAh g-1的可逆容量。因此,上述結(jié)果表明鐵酸鍶電極材料已經(jīng)在長程循環(huán)鋰電研究中成為了一個(gè)選項(xiàng),同時(shí)鋅摻雜后,對(duì)電化學(xué)性能的提升也證明了鋅摻雜對(duì)提升該電極材料的導(dǎo)電性能以及鋰離子擴(kuò)散性能起到了作用。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O646

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本文編號(hào)：1306724