锂_钠离子电池负极材料的制备及性能研究

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1、学校代号10532学号S140700539分类号O469密级不保密硕士学位论文锂/钠离子电池负极材料的制备及性能研究学位申请人姓名王小艳培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称许志教授鲁兵安教授学科专业物理学研究方向纳米能源与环境论文提交日期2018年05月学校代号：10532学号：S140700539密级：不保密湖南大学硕士学位论文锂/钠离子电池负极材料的制备及性能研究学位申请人姓名王小艳导师姓名及职称许志教授鲁兵安教授培养单位物理与微电子科学学院专业名称物理学论文提交日期2018年5月论文答辩日期2018年5月答辩委员会主席刘全慧教授Preparatio

2、nandPerformanceofAnodeMaterialsforLithium/SodiumionBatteriesbyWANGXiaoyanB.S.(ShanxiDatongUniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsintheGraduateschoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLuBinganMay,2018锂/钠离子电池负极材料的制备及

3、性能研究摘要科学技术的飞速发展，不可再生能源如化石燃料的持续消耗，人类面临着严峻的能源问题。这些问题促使了人们更加注重于探索具有低成本、高效益、无污染的新型能源，例如，太阳能、风能、核能等。科学家们致力于开发各种储能设备用来转换和存储这些可再生能源。在众多的能源存储设备中，锂离子电池由于能量密度高，循环寿命长，污染小等优点，是目前理想的存储设备。随着科学技术的快速发展，锂离子电池将广泛应用于混合动力汽车，生物医学，以及航天航空等各个领域。然而，锂离子电池大规模的应用，导致锂的价格急剧上涨。此外，锂资源的缺乏，越来越为人们所担忧，而钠资源储量丰富且成本低廉，钠离

4、子电池作为另一种能源存储设备引起了研究人员的广泛关注。不管锂离子或者是钠离子电池，这些可充电电池的容量、稳定性和倍率性能是衡量电池性能的重要指标。电极是电池的核心，由活性物质、导电炭黑和粘结剂组成。近年来对锂离子、钠离子电池的负极材料的选取掀起了一股热潮，在国际上相当活跃，并且已经取得了可观的成绩。材料结构保持完整，充电、放电过程具有可逆性，电池才能容量高，寿命长。本文通过静电纺丝法、原子层沉积法以及简单的热处理法制备不同结构的纳米材料，并研究电化学性能。主要的研究内容如下：（1）通过静电纺丝法和原子层沉积法，成功制备出均匀且具有核壳结构的Ge@G@TiO2纳

5、米线，将其应用于锂离子电池中，并针对不同的包覆厚度是否会影响材料的性能做了研究。实验表明，包覆适当厚度的TiO2能明显提高材料的倍率性能和循环稳定性。（2）通过简单的热处理法制备氮掺杂的碳纳米棒，研究了氮掺杂过程中，不同温度对材料电化学性能的影响。研究发现，热处理温度对掺杂氮材料的电化学性能有较大的影响，700ºC热处理的材料，获得了最好的电化学性能，经过500个循环，比容量仍然有587mAhg-1。（3）将Ge@G@TiO2纳米线作为钠离子电池负极材料，对其电化学性能进行研究：在电流密度100mAg-1时，虽然首次库伦效率低，但经过250个循环周期，放电容量

6、仍保持在190mAhg-1，且库伦效率高达99%。TiO2均匀的包覆在锗纳米线的表面，与Ge和Ge@G纳米线比较，不仅电池容量高，而且稳定性也明显提高。关键词：锂离子电池；纳米复合材料；核壳结构；钠离子电池；电化学性能II硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,continuousconsumptionofnon-renewablefossiblefules,theworldissufferingfromaseriousenergychallenge,whichleadstoagr

7、eaterfocusonexploringlow-cost,high-benefitandpollution-freeenergy,suchassolarenergy,windpower,nuclearenergy,etc.Andscientistsareworkingonavarietyofenergystoragedevicestoconvertandstoretheserenewableenergysources.Inmanyenergystoragedevices,lithiumionbatteriesareidealstoragedevicesdue

8、tohighenergydensity