收藏本站
《西北大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

过渡金属化合物—碳类复合材料的制备及其锂/钠离子电池性能研究

王贝贝  
【摘要】:锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长和环境友好等优势而被认为是新型混合电动汽车以及智能电网等配套电源的理想选择之一。但是,地壳中有限的锂资源难以满足将来锂离子电池更大规模的应用。近期,由于金属钠储量丰富和成本低廉等优势,钠离子电池得到了科研工作者的广泛关注。但是,锂离子电池和钠离子电池都依然存在很多没有解决的问题,如普遍存在导电性能较差、体积效应巨大,以及比容量较低等。因此,急需开发新型高性能锂/钠离子电池负极材料。在众多新型负极材料中,过渡金属化合物(氧化物、硫化物、碳化物和硒化物等)由于具有储量丰富、安全性高、制备过程简单和在作为负极材料时的理论比容量高等优点而具有很大的应用前景。本论文主要从电极材料的组分、形貌和结构进行可控设计,合成了一系列过渡金属化合物-碳类复合材料,利用两者的协同作用使其结构保持稳定,进而显著改善过渡金属化合物在作为负极材料的电化学性能。主要研究内容如下:(1)采用聚苯乙烯微球为牺牲模板,制备出了不同内部结构的三种空心金属氧化物(Fe_2O_3纳米棒空心微球、Co_3O_4纳米颗粒空心微球和NiO纳米片空心微球)。在锂离子半电池和全电池中,三种空心金属氧化物都表现出了优异的电化学性能。另外,利用聚苯乙烯微球为模板,葡萄糖为碳源,合成了空心碳微球,然后在空心碳微球表面上原位生长了NiO超薄纳米片(HC@NiO)。作为负极材料测试时,展示出了优异的储锂和储钠特性。(2)通过一步溶剂热法制备了具有三维结构的CoFe_2O_4/GAs复合材料。SEM和TEM表征结果表明,石墨烯片层上均匀地附着和包裹着CoFe_2O_4纳米团簇。作为负极材料,CoFe_2O_4/GAs复合材料表现出较高可逆比容量和稳定的循环性能。在锂离子半电池中,CoFe_2O_4/GAs电极在电流密度0.1 A g~(-1)的条件下充放电循环100次后仍有1070mAh g~(-1)的比容量,远远高于纯CoFe_2O_4电极的可逆比容量(473 mAh g~(-1))。并且,与商业LiCoO_2正极材料组装成全电池后,仍表现出满意的电化学性能。CoFe_2O_4/GAs电极所表现出的优异的电化学性能主要归结于:CoFe_2O_4和GAs,高导电性和三维多孔结构之间的协同作用。(3)通过一步高温碳化且环境友好的方法制备了Mo_2C/石墨烯(Mo_2C/GR)复合材料。Mo_2C/GR复合材料具有独特的结构,结构稳定性好,Mo_2C颗粒粒径小,其多孔结构更有助于电解液的浸润。与纯GR和Mo_2C相比,Mo_2C/GR复合材料表现出更加优异的循环性能。Mo_2C(52.6%)/GR复合电极在电流密度100 mA g~(-1)的条件下循环100次后仍有813 mAh g~(-1)的可逆比容量,远远高于纯GR电极(443 mAh g~(-1))和Mo_2C(110mA h g~(-1))的可逆比容量。(4)以SiO_2纳米球和NaCl为模板,采用简单的高温碳化法合成了碳包覆MoS_2纳米球镶嵌在泡沫状多孔碳片复合材料(MoS_2/C?pCS)。核壳结构的碳包覆MoS_2纳米球均匀地镶嵌和分布在具有相互连接的纳米球空腔的二维碳片上。作为储钠负极材料时,MoS_2/C?CS复合材料在电流密度0.1 A g~(-1)测试时表现出较高的储钠容量,远远高于MoS_2/C?CS、MoS_2/C和MoS_2三个电极的比容量。如此卓越的电化学性能主要与MoS_2纳米球、导电的碳包覆层和多孔碳片的协同作用相关。(5)采用简单且普遍的方法合成了一维铁化物(Fe_2O_3、FeS和FeSe_2)@碳纳米纤维复合材料(Fe_2O_3@C、FeS@C和FeSe_2@C)。其中一维多孔纳米结构可以有效缩短电子和钠离子的传输路径,还能缓解钠离子脱嵌时活性纳米颗粒出现的巨大体积膨胀。此外,外部的纳米碳和内部的多孔碳形成稳定且良好的导电网络,提高整个电极材料的导电性。用作储钠负极材料时,Fe_2O_3@C、FeS@C和FeSe_2@C纳米纤维都展示出了较高的储钠容量,优秀的循环性能以及满意的倍率性能。其中FeSe_2@C纳米纤维由于电荷转移电阻小和快速的钠离子传输动力学而表现出更加优异的储钠性能。
【学位授予单位】:西北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM912

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 白鸽玲;吴壮志;;二硫化钼纳米球的制备及其摩擦性能研究[J];润滑与密封;2013年04期
2 ;带纳米球涂层的新一代滚刀[J];航空制造技术;2012年14期
3 冯慧芬;卢周广;杨幼平;古映莹;胡菁;周科朝;;过渡金属铁酸盐纳米球的电化学性能[J];中南大学学报(自然科学版);2014年05期
4 陈志明;程龙;;SiO_2:Eu~(3+)纳米球的制备及其荧光性质研究[J];安徽工程大学学报;2013年02期
5 魏芸,李波,林波,初巧妹,游丹;干凝胶炉法制备聚苯乙烯空心微球[J];强激光与粒子束;2000年06期
6 王爱娟;刘春雨;王洛源;李蜜;李均明;;SiO_2-Al_2O_3/HA空心微球的制备及相关机理研究[J];西安理工大学学报;2011年02期
7 孟晓辉;刘文涛;何素芹;毛陆原;朱诚身;;PS纳米球在羧甲基化壳聚糖自组装膜表面静电吸附行为研究[J];高分子学报;2010年08期
8 张林,唐永建,高党忠,游丹,涂海燕,罗炫;聚合物空心微球密度匹配法制备工艺研究[J];原子能科学技术;2001年05期
9 袁颂东;汪金方;张贵喜;曹小艳;;CVD反应温度对氮化硼纳米球体制备的影响[J];武汉理工大学学报;2009年14期
10 李波,陈素芬,张占文;内表面掺硅聚苯乙烯空心微球初步研究[J];强激光与粒子束;2004年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 齐国斌;杨梅竹;黄娟;薛亚楠;喻发全;;尺寸可控的海藻酸钠/阿霉素复合纳米球的制备与表征[A];2012年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(上册)[C];2012年
2 胡成龙;陈韶云;陈旭东;张卫红;陈建;;聚苯胺纳米球/纳米棒生长过程中的拉曼光谱研究[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年
3 庞晋丽;李艳敬;周国伟;;微乳液模板制备径向介孔孔道结构的二氧化硅纳米球[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第27分会:多孔功能材料[C];2014年
4 王帅;张宁;葛小鹏;万瑛博;李晓虹;严礼;夏怡君;宋波;;多组分反应制备规整偶氮苯聚合物:光致形变性能的超分子纳米球[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第08分会:高分子科学[C];2014年
5 程轲;王书杰;程刚;蒋晓红;杜祖亮;;利用纳米球模板技术组装周期性排列的空心金球[A];中国化学会第26届学术年会超分子组装与软物质材料分会场论文集[C];2008年
6 耿翀;严清峰;沈光球;王晓青;沈德忠;;纳米球刻蚀胶体模板的热改性研究[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
7 刘山虎;康文哲;邢瑞敏;;荧光多孔硫化锌纳米球的制备及其在潜在药物输运和活细胞成像的应用研究[A];2012年中西部地区无机化学化工学术研讨会论文集[C];2012年
8 徐超;黄丽;杨庆华;刘道芳;冯乙巳;;聚乙二醇人血清白蛋白纳米球的制备及表征[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
9 徐鹏飞;曾俐;于然波;邓金侠;陈骏;邢献然;;氧化铈纳米球的水热控制合成[A];2012年全国冶金物理化学学术会议专辑(下册)[C];2012年
10 李国锋;任非;陈如大;孙亚彬;刘思佳;侯连兵;;紫杉醇聚腈基丙烯酸酯纳米球克服肿瘤细胞耐药性的研究(英文)[A];共铸医药学术新文明——2012年广东省药师周大会论文集[C];2012年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 王建高 通讯员 刘恒波 杨洪永;“纳米球”产业化之路带来了什么?[N];科技日报;2011年
2 本报记者 于春林 通讯员 刘恒波 杨洪永;节油神话[N];淄博日报;2012年
3 张巍巍;熔化纤维内可批量构建相同纳米球[N];科技日报;2012年
4 通讯员 刘恒波 杨洪永;纳米球固体润滑剂实地测试[N];工人日报;2011年
5 本报记者 潘卫平;万众:汽车节能新标杆[N];淄博日报;2011年
6 李子亭 潘卫平 刘恒波 张卫国;山东万众:产学研合作打造核心竞争力[N];淄博日报;2010年
7 通讯员 刘恒波 杨洪永;“原子自组装纳米球固体润滑剂”实地测试[N];科技日报;2011年
8 记者 李学华;美发明纳米球载体催化剂[N];科技日报;2007年
9 记者 刘惠兰 单保江 通讯员 杨洪永;山东民企研发成功高科技节能产品[N];经济日报;2010年
10 李壮;新国标9月实施锂电池门槛加高[N];中国高新技术产业导报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王贝贝;过渡金属化合物—碳类复合材料的制备及其锂/钠离子电池性能研究[D];西北大学;2017年
2 常开文;共轭聚合物纳米球的合成制备及光治疗、荧光防伪和白光LED的应用研究[D];吉林大学;2016年
3 张皓;基于基因和分子靶向治疗技术的C225/p5HRE-cfosp-iNOS-IFNG磁性白蛋白纳米球治疗肺癌的实验研究[D];东南大学;2016年
4 王微;MoS_2/Graphene二维膜层结构的制备及其光电性质研究[D];武汉大学;2016年
5 温聪颖;荧光/磁性纳米球的制备及生物应用[D];武汉大学;2014年
6 姜冬宇;锰铈复合氧化物纳米球的超临界抗溶剂法制备及性能研究[D];天津大学;2012年
7 刘成杰;酪蛋白纳米球的制备及其细胞摄取研究[D];南京大学;2010年
8 张小娟;功能化磁性高分子纳米球的制备及性能研究[D];南京理工大学;2009年
9 刘旭松;锗基纳米材料的制备及其电化学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
10 王伟;硅纳米结构的制备及其在锂离子电池中的应用研究[D];浙江大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李婷婷;基于碱金属钒酸盐纳米结构的锂离子电池的研制[D];长春理工大学;2016年
2 顾丽丽;过渡金属氧化物的制备及其储锂性能研究[D];兰州大学;2017年
3 杨志文;靶向抗癌药(砒霜)白蛋白纳米球的研究[D];江西医学院;2005年
4 徐玉姣;尖晶石型M_xCo_(1-x)Fe_2O_4空心纳米球的制备和电化学催化性能及其在锂—空气电池上的应用[D];苏州大学;2015年
5 吕晶;石墨烯基空心纳米球电极材料构筑及其电容性质研究[D];陕西师范大学;2015年
6 马东明;多孔SnO_2纳米球及其石墨烯复合材料的制备与电化学性能研究[D];合肥工业大学;2015年
7 白敏;荧光纳米探针的构筑及生化分析应用[D];北京化工大学;2015年
8 刘欢;高数值孔径物镜下单微纳米球散射光场振幅和相位分布研究[D];大连理工大学;2015年
9 彭姗;磁性纳米探针的制备及磁共振成像应用研究[D];北京化工大学;2015年
10 陈野川;硅负极活性材料的制备及其性能分析[D];电子科技大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026