锂离子电池ge基负极材料的制备及其储锂性能研究

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1、学校代码10459学号或申请号201312151732密级硕士学位论文锂离子电池Ge基负极材料的制备及其储锂性能研究国家自然科学基金（No.21475085、21575131）作者姓名：田爱华导师姓名：瞿鹏教授魏伟博士学科门类：化学专业名称：分析化学培养院系：化学与分子工程学院完成时间：2017年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterResearchonpreparationofGe-basedanodematerialsforlithium-ionbatteryByAihuaTianSupe

2、rvisor:Prof.PengQuDr.WeiWeiAnalyticalChemistryTheCollegeofChemistryandMolecularEngineeringMay,2017原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根

3、据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日全文摘要全文摘要作为储能设备的锂离子电池（LIBs）具有能量密度高、功率大、寿命长和-1环境友好等特点。但市售LIBs石墨负极的理论容量仅有372mAhg，这难以满足能量储存

4、系统的建立、大型电动汽车等发展的要求。负极材料是LIBs的重要组成部分，因而，高容量负极材料的开发成为提高LIBs性能的决定因素。作为锂离子电池负极材料，Ge具有比容量高，操作电压低、电子传输速率快等优势，有望替代石墨负极。但在循环过程中，Ge体积膨胀严重，造成它的循环性能差，阻碍了实际应用。为了提高Ge负极材料的循环稳定性，研究者提出了纳米结构化和碳材料复合两种方法。具有不同相貌的纳米结构具有表面积大，离子/电子传输快的特点。而碳质材料具有高的导电性、好的机械柔韧性以及热和化学稳定性。在前人工作的基础上，本文开展了以下两方面的内容：（一）以市售的GeO2、GO和纯水为原

5、料，基于溶解-重结晶的机理制得了GeO2/graphene复合物。复合物制备过程中所用的化学试剂和仪器无毒且便宜。用作LIBs负极材料进行性能测试时，结果表明：该电极具有好的循环性能和高-1的可逆容量：首次充电容量高达1637mAhg，循环80圈后可逆容量保持在640-1mAhg。（二）针对传统1D纳米结构合成过程复杂、使用贵金属催化剂的缺点，本文通过静电纺丝的方法合成了Ge/CNFs。该材料表现出良好的储锂性能：在100-1-1mAg的电流密度下，循环30圈后仍具有643.2mAhg的可逆容量，约为石墨负极的2倍。这主要归因于：（1）多孔结构能够增加电极与电解质的接触面

6、积；+（2）Li较短的扩散距离；（3）电子沿1D方向快速传输，提高了电极的导电性。关键词：锂离子电池Ge负极静电纺丝石墨烯IAbstractAbstractLithium-ionbatteries(LIBs),asenergystoragedevices,havethecharacteristicsofhighenergydensity,highpowerdensity,longservicelifeandenvironmental-1friendliness.Nevertheless,thegraphiteanode(372mAhg)hasaverylowspecifi

7、ccapacity,whichisunabletofulfiltheestablishmentofenergystoragesystemsaswellasthedemandsoflargeelectricvehiclesdevelopment.TofurtherimprovetheperformanceofLIBs,theattentionisthenfocusedontheelectrodematerialswithhigherspecificcapacity.AstheanodeofLIBs,Geisofgreatinter