纳米储能材料的制备及其性能研究

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1、学校代码10530学号201330990060分类号O469密级博士学位论文纳米储能材料的制备及其性能研究学位申请人田野指导教师钟建新学院名称物理与光电工程学院学科专业凝聚态物理研究方向微纳能源材料二〇一七年十二月万方数据Theresearchofsynthesisandperformanceofnano-sizedenergystoragematerialsCandidateYeTianSupervisorProfessorJianxinZhongCollegeSchoolofphysicsandoptoelectronicsProgramCondensedma

2、tterphysicsSpecializationMicroandnanosizedenergymaterialsDegreeDoctorofphilosophyUniversityXiangtanUniversityDateDecember2017I万方数据II万方数据摘要本论文的研究目标是通过高效新颖的实验方法制备合成储能性能优良的锂离子电池和钠离子电池的电极材料。在研究中采用纳米技术得到了相应的钛基以及钒基电极，经测试后发现得到制备所得的相应材料具备优异的储能性能。本文的研究主要围绕以下三部分的工作展开：（1）钛酸锂纳米片/碳纳米管复合结构的制备及其储能性能

3、的研究；（2）钛酸锂-二氧化钛/还原氧化石墨烯自支撑复合结构的制备及其储能性能的研究；（3）在使钛酸锂纳米片负极材料得到大幅优化的同时，对于正极材料五氧化二钒进行纳米化改良并研究其储能性能。并得到了以下结果：（1）通过简单的富离子环境下液相自组装过程，可以得到有效复合的钛酸锂纳米片/碳纳米管复合结构。这种结构在锂离子电池以及钠离子电池的储能性能上都优于单纯的钛酸锂纳米片。将钛酸锂纳米片/碳纳米管复合材料作为电池负极组装成的锂离子电池，在1C的充放电条件下500次循环后依旧可以保持初-1始比容量的90%，而在30C大倍率充放电的情况下，也依旧可以保持150mAh/g

4、左右的相对较高的比容量。将该复合材料作为电极组装成的钠离子电池，在2C的恒定充放电速率下经过200次循环依旧也可以保持较高容量水平，达到初始比-1容量的75%，而5C的大倍率充放电的条件下则能保持80mAh/g左右的较为理想的容量。（2）通过引入石墨烯，来改善钛酸锂-二氧化钛复合结构的机械性能以及储能性能。实验中采用了自组装的方式，并经过简单的冷冻干燥以及机械压片的过程后得到了独立成片的自支撑复合结构，这种复合产物可以在不引入粘合剂以及导电添加剂的的情况下直接组装成相应的锂离子电池以及钠离子电池。在钠离子电池中，钛酸锂-二氧化钛/还原氧化石墨烯复合结构获得了理想的

5、比容量，在0.1C的充放电倍率下其比容量达到了208mAh/g；同时其在高倍率下的性能也非常优秀，在6C和10C的高倍率下依然可以保持141mAh/g与117mAh/g的比容量，而在6C的的倍率下对电池进行700次充放电循环后，依然可以保持101mAh/g的比容量，为初始比容量的70%。对钛酸锂-二氧化钛/还原氧化石墨烯复合结构作为锂离子电池负极性能测试，得到其在100C的高倍率下依然能有86mAh/g的比容量，同时在10C的倍率下充放电1000次循环之后还能保持154mAh/g的比容量，与初始比容量相比仅衰减了25%。（3）通过简单的溶剂热法制备了五氧化二钒纳米

6、球，并通过调节前驱体中I万方数据成分比例的方式实现锡离子掺杂进而改善其性能，发现5%锡掺杂的五氧化二钒纳米球具备相对最为理想的储能性能。将其作为锂离子电池正极进行储能性能测试，得到其在0.1C的充放电倍率下，循环50次后可以保持240mAh/g的比容量，而经过大倍率重放电的性能测试，在2C下仍然有200mAh/g的比容量；同时在将放电比率回复到1C时，电池也依旧可以恢复到240mAh/g的比容量；与纯相五氧化二钒纳米球的锂离子电池相比，5%锡掺杂的纳米球颗粒体现出了更好的离子扩散性能，从而获得了更加优秀锂离子电池储能性能。关键词：钛酸锂五氧化二钒锂离子电池钠离子电

7、池II万方数据AbstractThethesisisfocusedonsynthesisofadvancedelectrodesmaterialsforlithium-ionbatteryandsodium-ionbatterybynovelmethods.Nanotechnologywasemployedtoobtaintitanium-basedandvanadium-basedelectrodes.Theenergystorageperformanceoftheas-preparedelectrodematerialswasexcellent,reveale

8、dbyav