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锂离子电池负极材料ZnFe_2O_4及其石墨烯复合材料的合成表征与电化学性能研究

陈祥兰  
【摘要】:当前,随着新兴经济的快速发展以及各国不断上升的能源需求,全球能源消耗量急剧增长。为了满足这些日益增长的能源需求,同时避免全球资源耗竭和对环境的长期破坏,寻求高性能、低成本以及环境友好的能源体系成为目前急需解决的问题。二次电池尤其是二次锂离子电池被寄予了很高的期望。 近年来,寻求安全性能好、比容量高和循环寿命更长的新型负极材料,已成为锂离子电池研究的焦点。在价格低廉和不污染环境的基础上,具有不同形貌和晶体结构的铁的一元和二元氧化物,如Fe2O3,Fe3O4,ZnFe2O4,CoFe2O4和NiFe2O4等,都得到了不同程度的研究,并被提出作为锂离子电池负极材料的候选。其中尖晶石结构的ZnFe2O4由于具有较高的理论比容量而备受青睐。但是ZnFe2O4作为一种氧化物电极材料,也同样具有导电性差和充放电循环过程中材料团聚等问题。 基于纳米技术和复合技术的优势,本论文制备了不同形貌的ZnFe2O4纳米材料,并将之与石墨烯进行复合,提高了ZnFe2O4负极材料的导电性,也有效地改善了ZnFe2O4电极材料循环过程中的团聚问题。 论文主要进行了以下几个方面的工作: 1、采用水热法和溶剂热法分别制备了不同形貌的颗粒状和球状ZnFe2O4纳米材料。初步探讨了不同热处理温度对产物形貌、结构和电化学性能的影响,以及不同形貌结构对ZnFe2O4电极材料电化学性能的影响。结果表明,600℃热处理后的ZnFe2O4电极材料电化学性能最好,并且发现纳米球形貌的ZnFe2O4比纳米颗粒形貌的ZnFe2O4具有更高的比容量和更稳定的循环性能。 2、采用溶剂热法一步合成了ZnFe2O4/石墨烯复合纳米材料。探讨了不同石墨烯含量(5wt%、10wt%和15wt%)对ZnFe2O4电极材料性能的影响。电化学性能测试结果表明,石墨烯含量为10wt%的ZnFe2O4/石墨烯复合纳米材料具有更高的比容量和更稳定的循环性能。


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