T-Nb2O5纳米复合材料的制备及其储锂性质研究.pdf

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1、硕士学位论文T-Nb2O5纳米复合材料的制备及其储锂性质研究PREPARATIONANDLITHIUMSTORAGEPROPERTIESOFNANOSTRUCTURET-Nb2O5COMPOSITE孙欣哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM912.9学校代码：10213国际图书分类号：621.335密级：公开工学硕士学位论文T-Nb2O5纳米复合材料的制备及其储锂性质研究硕士研究生：孙欣导师：孙克宁教授申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:TM912.9SchoolCode：10213U.D.C:621.335Securityclassification：OpenDissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringPREPARATIONANDLITHIUMSTORAGEPROPERTIESOFNANOSTRUCTURET-Nb2O5COMPOSITECandidate：XinSunSupervisor：Prof.KeningSunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineer

3、ingSpeciality：ChemicalEngineeringandTecchnologyAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要电动汽车的高速发展对高功率密度和高能量密度的锂离子电池的研发提出了更高的要求。最近，嵌入型宿主材料T-Nb2O5由于其超快的锂离子传输动力学引发人们的广泛研究。但是，T-Nb2

4、O5较大的禁带宽度导致其电导率只有3×10–6Scm–1，限制了其高倍率潜力的发挥。因此，本文主要通过制备多孔T-Nb2O5/C纳米球和T-Nb2O5@MoO2纳米棒阵列两种复合材料改善T-Nb2O5的电子电导率，进而充分发挥T-Nb2O5材料的高倍率性能。本文主要研究内容如下：（1）采用溶剂热法制备了Nb4+掺杂的T-Nb2O5/C介孔的纳米球复合材料，T-Nb2O5/C纳米球是由更小尺寸的Nb2O5纳米晶颗粒和导电碳聚集形成的二次颗粒。通过碳材料的复合以及Nb4+掺杂，T-Nb2O5/C的电子电导率显著提高至1.469×10–2S

5、cm–1。与纯T-Nb2O5相比，T-Nb2O5/C展示了优异的倍率性能和循环稳定性。更重要的是，T-Nb2O5/C独特的多级结构使其在制备成锂离子电池负极材料以后仍具有高达2.34gcm–3的压实密度。即使在负载量高达4mgcm–2时，T-Nb2O5/C良好的导电性和高压实密度使其在5C的放电倍率下循环100圈以后仍具有85.4mAhg–1的放电比容量，同样条件下，商业T-Nb2O5的放电比容量只有56.3mAhg–1。电化学测试结果表明，T-Nb2O5/C纳米球通过多级纳米结构实现了较高的电子电导率和超快的锂离子传输，而且均匀规则

6、的球形结构还使其压实密度与块体材料相当，可以实现较高的体积能量密度。（2）采用水热法在金属铌片上原位制备了均匀的T-Nb2O5纳米棒阵列。一维结构的T-Nb2O5纳米棒可以显著缩短电子传导和锂离子的扩散路径，加快二者的传输速度。同时，为进一步改善T-Nb2O5的电导率，通过浸渍和还原热处理成功制得核壳结构的T-Nb2O5@MoO2纳米棒阵列。在T-Nb2O5纳米棒表面包覆一层导电性良好的MoO2薄膜后，T-Nb2O5@MoO2展现出良好的倍率性能和循环稳定性。在2Ag–1电流密度下，T-Nb2O5@MoO2循环130圈后放电容量为42

7、.4mAhg–1，容量保持率为87.8%。而T-Nb2O5纳米棒阵列的容量衰减较为明显，容量保持率仅为32.8%。交流阻抗测试结果表明T-Nb2O5@MoO2具有更小的传荷电阻，而且Li+扩散系数高达4.93×10–18cm2s–1，这表明T-Nb2O5@MoO2材料可以实现更快的锂离子传输动力学。关键词：锂离子电池；高倍率性能；T-Nb2O5；多孔纳米球；纳米棒阵列-I-AbstractAbstractTherapiddevelopmentofelectricvehicleshasputforwardhigherrequiremen

8、tsforthehighpowerdensityandhighenergydensitylithiumionbatteries.Recently,T-Nb2O5becomesanattractiveLiioninterc