鐵基氧化物-石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其儲鋰性能研究

《鐵基氧化物-石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其儲鋰性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、鐵基氧化物/石墨烯納米復(fù)合材料的制備及其儲鋰性能研究SynthesisandLithium-StoragePerformanceofFe-basedOxides/GrapheneNanocomposites一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)作者姓名：楊志偉指導(dǎo)教師：萬怡灶教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一七年五月萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含

2、為獲得天津大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年

3、月日簽字日期：年月日萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)摘要鋰離子電池廣泛應(yīng)用于移動消費電子產(chǎn)品、電動汽車和混合動力車以及可-1再生新能源等領(lǐng)域。然而，商業(yè)化石墨負(fù)極的理論比容量僅為372mAhg，遠(yuǎn)不能滿足市場的需求，迫切需要開發(fā)高容量和長循環(huán)壽命的負(fù)極材料?；谵D(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理的鐵基氧化物負(fù)極具有理論比容量高、成本低廉以及環(huán)境友好的特點，展示出良好的應(yīng)用前景。本論文以鐵基氧化物/石墨烯納米復(fù)合材料為研究對象，通過復(fù)合結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和鐵基氧化物的成分調(diào)控等改善鐵基氧化物的儲鋰性能。（1）通過自組裝過程構(gòu)建出石墨烯包裹介孔Fe2

4、O3納米顆粒的新穎結(jié)構(gòu)。制備過程引入氧化石墨烯使鐵氧化物由形貌和尺寸不均勻的Fe3O4轉(zhuǎn)變?yōu)樾蚊埠统叽绺叨染鶆虻慕榭譌e2O3。石墨烯的包裹抑制了Fe2O3納米顆粒的團(tuán)聚并且緩沖了循環(huán)過程中的體積變化；Fe2O3納米顆粒的介孔結(jié)構(gòu)縮短鋰離子擴(kuò)散和電子傳輸?shù)木嚯x，增大電極與電解液的接觸面積，其介孔空間也起到緩沖體積變化的作用。受益于這種合理的結(jié)構(gòu)特征，F(xiàn)e2O3/石墨烯納米復(fù)合材料顯示出優(yōu)-1異的電化學(xué)性能，1000mAg電流密度下500次循環(huán)后的可逆容量高達(dá)1098-1mAhg，展現(xiàn)出誘人的應(yīng)用前景。（2

5、）直接熱處理氧化石墨烯-Fe前驅(qū)體成功制備出Fe3O4/石墨烯納米復(fù)合材料，調(diào)節(jié)熱處理溫度可控制Fe3O4的形貌和尺寸。負(fù)載小尺寸Fe3O4的樣品具-1有較好的可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性，100mAg電流密度下循環(huán)100次后可逆容-1量高達(dá)1060mAhg，歸因于與石墨烯復(fù)合的小尺寸Fe3O4納米顆粒提供更多的儲鋰位點，縮短鋰離子擴(kuò)散和電子的傳輸路徑，更好地緩沖循環(huán)過程中的體積變化。2+（3）以N2H4·H2O輔助水熱策略解決了Mn在堿性水溶液下的易氧化問題，為水熱制備MnFe2O4/石墨烯納米復(fù)合材料提供了可

6、行的方案。尺寸為5-30nm的MnFe2O4納米顆粒均勻負(fù)載于石墨烯上，MnFe2O4/石墨烯電極呈現(xiàn)出優(yōu)-1異的可逆容量和循環(huán)穩(wěn)定性，1000mAg電流密度下210次循環(huán)后的可逆容量-1仍可達(dá)773mAhg。（4）以一步水熱法制備出CoFe2O4納米立方體/石墨烯納米復(fù)合材料，CoFe2O4的納米立方體形貌是GO和N2H4·H2O聯(lián)合調(diào)控的結(jié)果。CoFe2O4納米立方體和石墨烯形成緊密的界面結(jié)合，促進(jìn)CoFe2O4納米立方體的分散以及鋰離子和電子的界面?zhèn)鬏?，提高了電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，10

7、00-1-1mAg電流密度下200次循環(huán)后可維持835mAhg的可逆容量。I萬方數(shù)據(jù)（5）通過Zn摻雜制備出Zn0.25Co0.75Fe2O4納米立方體/石墨烯納米復(fù)合材料。Zn0.25Co0.75Fe2O4完全繼承了CoFe2O4的納米立方體形貌，同時Zn摻雜進(jìn)-1一步提高電極中鋰離子和電子的傳輸，獲得了更好的電化學(xué)性能，1000mAg-1電流密度下200次循環(huán)后的可逆容量仍可維持在1029mAhg。關(guān)鍵詞：石墨烯，鐵基氧化物，納米復(fù)合材料，鋰離子電池，負(fù)極材料II萬方數(shù)據(jù)ABSTRACTLithium

8、-ionbatterieshavebeenwidelyappliedinportableconsumerelectronics,electricvehiclesandhybridvehicles,renewableenergyandsoon.However,thecurrentcommercialgraphiteanodesuffersfromalowtheoreticalcapacity(372mAh-1g),whichis