本文關(guān)鍵詞：多孔過渡金屬氧化物、碳材料的設(shè)計合成及其在鋰離子電池中的應(yīng)用　出處：《聊城大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 鹽焙法 配合物 生物模板法 溶劑熱 天然產(chǎn)物 電化學性能

【摘要】：過渡金屬氧化物材料具有理論容量高、儲量豐富、環(huán)境友好等優(yōu)點,是代替商業(yè)石墨類負極材料的新一代負極材料,但導(dǎo)電性差、首次充放電效率低和鋰離子嵌入和脫嵌過程中體積變化明顯等問題制約了其在現(xiàn)實中的應(yīng)用。天然碳材料儲量豐富、無污染等優(yōu)點,也被認為是替代石墨的理想負極材料,但其導(dǎo)電性差,理論容量低等缺點同樣制約其實際應(yīng)用。本論文從提高電極材料的導(dǎo)電性和優(yōu)化結(jié)構(gòu)出發(fā),采用鹽焙法、配合物熱分解法、生物模板法、溶劑熱和天然產(chǎn)物功能化等方法制備了一系列納米負極材料并研究其電化學性能。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)通過新穎鹽焙法合成Mn_3O_4@C、MoO_3@C多孔納米復(fù)合材料。以氯化鈉作為保護層和硬模板,利用氯化鈉高的比熱容量和熱穩(wěn)定性的優(yōu)點,在空氣中直接熱分解乙酰丙酮錳,實現(xiàn)了Mn_3O_4@C多孔復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的制備。所制備的Mn_3O_4@C多孔納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能,在電流密度為1 Ag~(-1)下,循環(huán)950圈后,仍然具有754.4 m A hg~(-1)的比容量。利用該方法還實現(xiàn)了MoO_3@C多孔納米復(fù)合材料的合成,該電極材料在4 Ag~(-1)的大電流密度下,循環(huán)500圈后,仍能保持411.1 m A hg~(-1)的比容量;在10 Ag~(-1)的倍率下,仍然具有291.8 m A hg~(-1)的比容量。(2)通過生物模板法制備氧缺陷型α-Fe_2O_3-δ多孔納米結(jié)構(gòu)。針對α-Fe_2O_3自身導(dǎo)電性和循環(huán)性能較差的缺點,從改善α-Fe_2O_3自身結(jié)構(gòu)出發(fā),設(shè)計合成了氧缺陷型α-Fe_2O_3-δ。實驗中以天然椰子殼為模板,通過物理吸附的方法將Fe(OH)3膠體吸附至椰殼表面。進而在空氣中煅燒分解上述復(fù)合物,利用原位碳熱反應(yīng)實現(xiàn)氧缺陷型α-Fe_2O_3-δ多孔納米結(jié)構(gòu)的合成。氧缺陷的引入有效提升了α-Fe_2O_3的導(dǎo)電性,使其電化學性能顯著增強,在1 Ag~(-1)的電流密度下,循環(huán)900圈,仍能保持1062.6m A hg~(-1)的比容量。(3)針對尖晶石型NiCo_2O_4充放電過程中容量衰減快等問題,從增加材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性出發(fā),設(shè)計合成了具有花狀形貌的NiCo_2O_4納米結(jié)構(gòu)。采用溶劑熱的方法,通過控制反應(yīng)時間,實現(xiàn)了花狀結(jié)構(gòu)Ni-Co前驅(qū)體的形貌控制性合成,熱分解得到多孔花狀NiCo_2O_4納米材料。制備的NiCo_2O_4在1 Ag~(-1)的電流密度下,循環(huán)330圈,仍然具有1128 m A hg~(-1)的比容量。在5 Ag~(-1)的倍率下,仍然具有948.1 m A hg-1的比容量。(4)通過熱分解十一烷胺錳金屬配合物制備片狀Mn_3O_4@C多孔納米材料。以十一烷胺作為配體,以Mn Cl2·4H2O作為錳源制備了十一烷胺錳金屬配合物,通過熱分解得到片層Mn_3O_4@C多孔納米材料。所制備的Mn_3O_4@C表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能,在2 Ag~(-1)的電流密度下,循環(huán)2000圈后,仍然具有934.1 m A hg~(-1)的比容量。(5)通過天然產(chǎn)物功能化修飾制備N/S共摻雜的C多孔納米片。以天然楊絮為原料,通過硫脲輔助原位水熱碳化法,設(shè)計合成了具有多孔片狀結(jié)構(gòu)的N/S雙摻雜型C。該合成方法有效利用了天然楊絮本身的片層結(jié)構(gòu),通過N/S雙摻雜進一步提升了材料本身的導(dǎo)電性,極大的促進了碳材料電化學性能。該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,在0.5 Ag~(-1)的電流密度下,循環(huán)700圈后,仍然具有502 m A hg~(-1)的比容量。
[Abstract]:The transition metal oxide materials has high theoretical capacity, abundant reserves, environment friendly and other advantages, is a new generation of anode materials instead of commercial graphite anode materials, but the conductivity difference, the first charge discharge efficiency is low and the lithium ion intercalation and deintercalation process of volume change obvious problems restricting its application in reality carbon materials. Natural reserves, no pollution, is also considered an ideal cathode material to replace graphite, but its poor conductivity, low capacity theory also restricts its practical application. This paper focuses on improving the conductivity of electrode materials and optimizing the structure of the salt baking method, thermal decomposition method. Biological template method, solvent and natural products such as a series of preparation methods of nano anode materials and their electrochemical performances were studied. The main research contents and results are as follows: (1) through the synthesis of novel Mn_3O_4@C salt baking method, Mo O_3@C porous nanometer composite material. With sodium chloride as a protective layer and hard template, using the advantages of sodium chloride high specific heat capacity and thermal stability in air, the direct thermal decomposition of manganese acetylacetonate, the porous Mn_3O_4@C composite nanostructures were prepared. The preparation of porous Mn_3O_4@C nanocomposites exhibit electrochemical properties excellent, at a current density of 1 Ag~ (-1), after 950 cycles, still has 754.4 m A hg~ (-1) than the capacity. The advantage of this method is to achieve a synthesis of porous MoO_3@C nanometer composite material, the electrode material in 4 Ag~ (-1) high current density of 500 cycles. After 411.1 m A hg~ can still maintain the specific capacity; (-1) at 10 Ag~ (-1) the rate is still 291.8, m A hg~ (-1) than capacity. (2) preparation of oxygen deficient -Fe_2O_3- alpha delta porous nanostructures by biological template method. For its conductive alpha -Fe_2O_3 and cycle The performance is poor, starting from the improvement of alpha -Fe_2O_3 structure itself, oxygen deficient alpha Delta -Fe_2O_3- were designed and synthesized. Using natural coconut shell as a template in the experiment, through physical adsorption of Fe (OH) 3 colloid adsorption to the coconut shell surface. And then calcined in air the decomposition of the complexes, synthesis of the oxygen defect type -Fe_2O_3- alpha delta porous nano structure by in-situ carbothermal reaction. The introduction of oxygen defects effectively enhance the conductivity of alpha -Fe_2O_3, the electrochemical performance was significantly enhanced in 1 Ag~ (-1) of the current density, 900 cycles, can still maintain 1062.6m A hg~ (-1) specific capacity (3. According to the capacity of spinel type NiCo_2O_4) during charge and discharge attenuation problem, starting from the increased structural stability of the material, with flower like NiCo_2O_4 nanostructures were synthesized by solvothermal method. The design, by controlling the reaction time, the flower. Morphology control synthesis structure of Ni-Co precursor, thermal decomposition to obtain porous flower like NiCo_2O_4 nano material. The preparation of NiCo_2O_4 in 1 Ag~ (-1) of the current density, 330 cycles, still has 1128 m A hg~ (-1) than the capacity. In 5 Ag~ (-1) rate, still has 948.1 m A HG-1 capacity. (4) preparation of flake porous Mn_3O_4@C nano materials complexes produced by thermal decomposition of eleven manganese metal. With eleven alkyl amine alkyl amine as ligand, manganese source prepared eleven alkyl amine manganese metal complexes with Mn Cl2 4H2O as obtained lamellar porous Mn_3O_4@C nanometer materials by heat decomposition. The prepared Mn_3O_4@C exhibited excellent electrochemical performance, at 2 Ag~ (-1) of the current density, after 2000 cycles, still has 934.1 m A hg~ (-1) than capacity. (5) preparation of C porous nano N/S doped by natural product modification to system. Natural Yangxu as raw materials by sulfur Urea assisted in situ hydrothermal carbonization method, porous sheet structure of N/S double doped C. the synthesis method of the effective use of the lamellar structure of natural Yangxu itself designed and synthesized by double doped N/S to further enhance the conductivity of the material itself, greatly promote the electrochemical performance of carbon materials. The material exhibits excellent the cycle stability at 0.5 Ag~ (-1) of the current density, after 700 cycles, still has 502 m A hg~ (-1) than the capacity.

【學位授予單位】：聊城大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TB383;TM912

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