过渡金属氧化物纳米碳的制备及其储锂性能研究

《过渡金属氧化物纳米碳的制备及其储锂性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、过渡金属氧化物/纳米碳的制备及其储锂性能研究Thepreparationandlithium-storagepropertiesoftransitionmetaloxide/nanocarboncomposites领域：化学工程作者姓名：方泽炜指导教师：郑嘉明副教授企业导师：张宝田高级工程师天津大学化工学院二零一四年六月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研

2、究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要过渡金属氧化物有着高的理论比容量、无污染环境、低合成成本等优点使之成为极具潜力的锂离子电池负极材料。然而由于本身导电性较

3、低，并且在充放电循环过程中自身会发生较大的体积形变，最终导致其可逆比容量、循环性能和倍率性能逐渐衰退，阻碍了其在锂离子电池负极材料中的实际应用。针对过渡金属氧化物与锂离子的转换反应机理，本论文以Fe3O4为研究对象，提出纳米化和复合化双重改善措施，并把纳米复合化双重改性方法进一步扩展到TiO2嵌入型反应机理电极。本文的主要研究内容和结果如下：（1）采用碳纳米管（MWCNTs）为导电基体，依靠苯甲醇的苯环和MWCNTs上的芳环之间的π-π共轭效应，进而在MWCNTs表面引入羟基基团，游离在溶3+剂中的Fe离子通过与MWCNTs表面引入的羟基基团之间的静电作用，吸附在MWCNTs

4、的表面，在溶剂热条件下一步合成Fe3O4/MWCNTs―核-壳‖复合材料。研究结果表明Fe3O4尺寸约为10nm，缠绕式地生长在MWCNTs表面。电-1极材料在充放电速率为0.1Ag下循环100次之后所达到的可逆比容量为487-1-1mAhg，循环稳定性明显优于Fe3O4电极。且在2Ag的大电流密度条件下，-1可逆比容量可达到389mAhg。（2）针对单一MWCNTs在电子、离子沿一维方向传递的局限和结构稳定性方面的不足，对活性组分电化学性能的提高有一定的制约，结合石墨烯（Graphene）在二维结构和MWCNTs一维结构方面的双重优势，以二者的复合物为导电基体，构建三维导电

5、网络，进一步改善Fe3O4纳米粒子的电化学性能。在合成过程中，依然采用苯甲醇为溶剂，一步溶剂热的合成方法。研究结果表明-1-1电极材料在0.1Ag的电流密度下循环100次之后依然保持840mAh·g可逆放-1-1电比容量。在2.0Ag条件下，放电比容量达到415mAhg。（3）结合TiO2自身作为锂离子电池负极材料的优势和不足，以高比表面、高导电性和稳定性优良的r-GO为导体基体，采用溶剂热合成方法合成超细TiO2/r-GO复合材料。结果表明TiO2纳米晶体的生成与GO的还原是同时发生的，尺寸约为6nm的TiO2纳米晶体均匀且稳固的扎钉于r-GO的表面上。电极材料在充放电速率

6、为1C，5C，和20C下循环200次之后所达到的可逆放电比容量-1分别为156，126和95mAhg，倍率性能明显优于纯TiO2电极材料。关键词：金属氧化物四氧化三铁二氧化钛碳纳米管石墨烯负极材料万方数据ABSTRACTTransitionmetaloxideshaveshowndesirableproperties,suchashightheoreticalcapacity,lowprocessingcostandenvironmentfriendly,makingthempromisinganodematerialsforhighperformancelithium-io

7、nbatteries.However,thepracticalapplicationoftransitionmetaloxidesasananodematerialsisseriouslyhamperedbythelowelectronicconductivityanddrasticvolumevariationduringtheprocessoflithiumionstorage,resultingintherapidcapacityfadeuponcycling.Bymeansofsynthesis