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1、學(xué)校代碼10530學(xué)號(hào)201330990060分類(lèi)號(hào)O469密級(jí)博士學(xué)位論文納米儲(chǔ)能材料的制備及其性能研究學(xué)位申請(qǐng)人田野指導(dǎo)教師鐘建新學(xué)院名稱(chēng)物理與光電工程學(xué)院學(xué)科專(zhuān)業(yè)凝聚態(tài)物理研究方向微納能源材料二〇一七年十二月萬(wàn)方數(shù)據(jù)Theresearchofsynthesisandperformanceofnano-sizedenergystoragematerialsCandidateYeTianSupervisorProfessorJianxinZhongCollegeSchoolofphysicsandoptoelectronicsProgramCondensedma
2、tterphysicsSpecializationMicroandnanosizedenergymaterialsDegreeDoctorofphilosophyUniversityXiangtanUniversityDateDecember2017I萬(wàn)方數(shù)據(jù)II萬(wàn)方數(shù)據(jù)摘要本論文的研究目標(biāo)是通過(guò)高效新穎的實(shí)驗(yàn)方法制備合成儲(chǔ)能性能優(yōu)良的鋰離子電池和鈉離子電池的電極材料。在研究中采用納米技術(shù)得到了相應(yīng)的鈦基以及釩基電極，經(jīng)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)得到制備所得的相應(yīng)材料具備優(yōu)異的儲(chǔ)能性能。本文的研究主要圍繞以下三部分的工作展開(kāi)：（1）鈦酸鋰納米片/碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其儲(chǔ)能性能
3、的研究；（2）鈦酸鋰-二氧化鈦/還原氧化石墨烯自支撐復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其儲(chǔ)能性能的研究；（3）在使鈦酸鋰納米片負(fù)極材料得到大幅優(yōu)化的同時(shí)，對(duì)于正極材料五氧化二釩進(jìn)行納米化改良并研究其儲(chǔ)能性能。并得到了以下結(jié)果：（1）通過(guò)簡(jiǎn)單的富離子環(huán)境下液相自組裝過(guò)程，可以得到有效復(fù)合的鈦酸鋰納米片/碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)在鋰離子電池以及鈉離子電池的儲(chǔ)能性能上都優(yōu)于單純的鈦酸鋰納米片。將鈦酸鋰納米片/碳納米管復(fù)合材料作為電池負(fù)極組裝成的鋰離子電池，在1C的充放電條件下500次循環(huán)后依舊可以保持初-1始比容量的90%，而在30C大倍率充放電的情況下，也依舊可以保持150mAh/g
4、左右的相對(duì)較高的比容量。將該復(fù)合材料作為電極組裝成的鈉離子電池，在2C的恒定充放電速率下經(jīng)過(guò)200次循環(huán)依舊也可以保持較高容量水平，達(dá)到初始比-1容量的75%，而5C的大倍率充放電的條件下則能保持80mAh/g左右的較為理想的容量。（2）通過(guò)引入石墨烯，來(lái)改善鈦酸鋰-二氧化鈦復(fù)合結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能以及儲(chǔ)能性能。實(shí)驗(yàn)中采用了自組裝的方式，并經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的冷凍干燥以及機(jī)械壓片的過(guò)程后得到了獨(dú)立成片的自支撐復(fù)合結(jié)構(gòu)，這種復(fù)合產(chǎn)物可以在不引入粘合劑以及導(dǎo)電添加劑的的情況下直接組裝成相應(yīng)的鋰離子電池以及鈉離子電池。在鈉離子電池中，鈦酸鋰-二氧化鈦/還原氧化石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)獲得了理想的
5、比容量，在0.1C的充放電倍率下其比容量達(dá)到了208mAh/g；同時(shí)其在高倍率下的性能也非常優(yōu)秀，在6C和10C的高倍率下依然可以保持141mAh/g與117mAh/g的比容量，而在6C的的倍率下對(duì)電池進(jìn)行700次充放電循環(huán)后，依然可以保持101mAh/g的比容量，為初始比容量的70%。對(duì)鈦酸鋰-二氧化鈦/還原氧化石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池負(fù)極性能測(cè)試，得到其在100C的高倍率下依然能有86mAh/g的比容量，同時(shí)在10C的倍率下充放電1000次循環(huán)之后還能保持154mAh/g的比容量，與初始比容量相比僅衰減了25%。（3）通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱法制備了五氧化二釩納米
6、球，并通過(guò)調(diào)節(jié)前驅(qū)體中I萬(wàn)方數(shù)據(jù)成分比例的方式實(shí)現(xiàn)錫離子摻雜進(jìn)而改善其性能，發(fā)現(xiàn)5%錫摻雜的五氧化二釩納米球具備相對(duì)最為理想的儲(chǔ)能性能。將其作為鋰離子電池正極進(jìn)行儲(chǔ)能性能測(cè)試，得到其在0.1C的充放電倍率下，循環(huán)50次后可以保持240mAh/g的比容量，而經(jīng)過(guò)大倍率重放電的性能測(cè)試，在2C下仍然有200mAh/g的比容量；同時(shí)在將放電比率回復(fù)到1C時(shí)，電池也依舊可以恢復(fù)到240mAh/g的比容量；與純相五氧化二釩納米球的鋰離子電池相比，5%錫摻雜的納米球顆粒體現(xiàn)出了更好的離子擴(kuò)散性能，從而獲得了更加優(yōu)秀鋰離子電池儲(chǔ)能性能。關(guān)鍵詞：鈦酸鋰五氧化二釩鋰離子電池鈉離子電
7、池II萬(wàn)方數(shù)據(jù)AbstractThethesisisfocusedonsynthesisofadvancedelectrodesmaterialsforlithium-ionbatteryandsodium-ionbatterybynovelmethods.Nanotechnologywasemployedtoobtaintitanium-basedandvanadium-basedelectrodes.Theenergystorageperformanceoftheas-preparedelectrodematerialswasexcellent,reveale
8、dbyav
