硅酸盐基复合材料的设计合成及储锂性能研究

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1、学校代码10459学号或申请号密级硕士学位论文硅酸盐基复合材料的设计合成及储锂性能研究作者姓名：导师姓名：学科门类：专业名称：培养院系：完成时间：2017年4月ADissertationSubmittedtoZhengzhouUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofScienceTheDesignandSynthesisofSilicates-basedCompositeMaterialforLithiumStoragePerformanceBySupervisor:PhysicalChemi

2、stryCollegeofChemistryandMolecularEngineeringApril，2017学位论文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他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。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定

3、，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、缩印或者其他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：年月摘要摘要为了缓解化石能源的短缺及环境污染，太阳能、风能、地热能等可再生能源迅速的发展起来；而对可再生能源进行大规模的储存成为制约其发展的关键，在众多的能源储存设备中，锂离子电

4、池因其高的能量转换效率、长的循环寿命、低的自放电等优势而引起了广泛的关注。正极材料作为二次电池的重要组成部分，其电化学性能在很大程度上影响整体的电池性能。自二十世纪八十年代以来，人们对于高容量锂离子电池储能材料的探索和改进并未停止。硅酸盐材料，因其硅元素丰富易得、由硅氧键组成的硅酸根正四面体结构稳定、理论比容量高等优势而吸引了人们的广泛关注。但是其离子迁移率及导电率均较低，从而影响了其电化学性能。材料的纳米化可以缩短锂离子的传输路径，构筑良好的导电骨架可以提供电子的快速的传输通道，两者协同作用能有效地改善上述问题。基于此本论文对硅酸

5、盐基材料进行了以下几个部分的研究：（1）控制合成不同粒径的Li2FeSiO4/C复合材料调控其电化学性能。采用不同粒径的二氧化硅为原料和模板，制备出了粒径可控的纳米Li2FeSiO4/C材料。通过电化学测试发现，颗粒的粒径与材料的电化学性能相关性较强。粒径20nm的二氧化硅为前驱体制备出的Li2FeSiO4/C具有最优的循环和倍率性能。在0.1C的倍率下，其首周的放电容量为178.2mAhg-1，70周循环后的放电比容量依旧保持在164.8mAhg-1。在2C的大倍率下，此材料仍保持了78mAhg-1的放电比容量。较小的粒径缩短了L

6、i+的扩散路径，均匀的碳包覆减小了电化学过程中的电荷转移阻抗，从而提升了材料的倍率性能。（2）合成不同的粒径及结晶度的Fe2SiO4/SiO2/C复合材料，并探索其用作锂离子电池正极材料。电化学测试表明，粒径最小（20nm）且无定型的复合纳米材料Fe-12SiO4/SiO2/C具有最为优越的电化学性能。在16mAg的电流密度下，其放电容量高达314mAhg-1。进一步通过非原位XRD和XPS来研究了充放电过程实现的机理。（3）设计构筑三维结构的Fe2SiO4/rGO复合材料，实现电子的快速传导从而提升材料电化学活性。采用原位生长的方

7、法制备具有三维结构的SiO2/GO，进一步与铁源复合，得到了三维结构的Fe2SiO4/rGO复合材料。结果显示，石墨烯的用量对Fe2SiO4/rGO性能有较大的影响。随着石墨烯含量的提高，电池的电荷转移阻抗逐渐减小，材料的比容量和倍率性能逐渐提高。在0.5C的倍率下，石I摘要墨烯含量为120mg的Fe-12SiO4/rGO具有111.1mAhg的初始放电比容量。关键词：硅酸盐；电极材料；复合材料；石墨烯；锂离子电池IIAbstractAbstractTherenewableenergysources,suchassolar,wind

8、er,andgeothermal,hasbeenlarge-scalelydevelopedtomitigatetheoilshortageandairpollutionwhicharebecomingmoreandmoreurgen