铌基氧化物的制备与改性及其电化学性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文铌基氧化物的制备与改性及其电化学性能研究硕士研究生：王健指导教师：曹殿学教授学科、专业：化学工程与技术论文主审人：王贵领教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文铌基氧化物的制备与改性及其电化学性能研究硕士研究生：王健指导教师：曹殿学教授学位级别：工学硕士学科、专业：化学工程与技术所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegree

2、ofM.EngReasearchonfabricationandmodificationofniobium-basedoxideforelectrochemicalenergystorageCandidate:WangJianSupervisor:Prof.CaoDianxueAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ChemicalEngineeringandTechnologyDateofSubmission:January,2018DateofOralExamination:March,201

3、8University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知

4、识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要锂离子电池以其长循环寿命、高能量密度、安全性高等优点成为最

5、受关注的能量存储装置。Li4Ti5O12作为锂离子电池负极材料，因其高功率和优异的循环性能得到了广泛的研究，但较低的比容量限制了其应用前景。与Li4Ti5O12相比，铌基氧化物高的比容量和相似的嵌脱锂电位，有望成为新型功率型锂离子电池负极材料，但其较差的导电性制约了铌基氧化物的应用。因此，本论文通过石墨烯复合和碳包覆的方式来提高材料的导电性，从而提高电池的电化学性能。具体研究内容如下：利用水热法制备了Nb3O7F材料，并采用石墨烯复合的方法对制备的材料进行改性，研究石墨烯的复合含量对材料电化学性能的影响。结果表明，Nb3O7F与rGO质量比为8:1时，电化学性能最

6、佳，在2000mA·g-1电流密度时，其放电比容量可达到95.7mAh·g-1，而纯相Nb-1；在500mA·g-1电流密度下充放电循环3O7F的放电比容量只有36.1mAh·g500次后，容量保持率为73.7%，说明适量的石墨烯加入有助于提高Nb3O7F的整体电化学性能。利用固相法制备了ZnNb2O6材料，以葡萄糖为碳源对材料进行表面碳包覆，结果表明碳成功地包覆在材料表面，其中ZnNb2O6与葡萄糖的质量比为10:1时，具有最好的电化学性能，在电流密度2000mA·g-1时，其放电比容量为85.2mAh·g-1；在电流密度500mA·g-1下经过1000次充放电

7、循环后，放电比容量稳定在170.9mAh·g-1左右，容量保持率为84.4%，说明碳包覆后材料具有良好的循环稳定性。利用水热法制备了纳米ZnNb2O6材料，与固相法得到的微米ZnNb2O6材料进行对比，研究粒径对材料电化学性能的影响。对两种制备方法得到的ZnNb2O6进行电化学性能测试，对比分析得出：水热法制备的纳米ZnNb2O6倍率性能和循环性能更佳，在电流密度为50、100、200、500、1000、2000mA·g-1时的放电比容量分别为303.5、214.9、183.3、134.9、105.8、72.9mAh·g-1；在500mA·g-1时，经过1000次

8、充放电循环