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锡基合金及其复合材料作为锂离子电池负极材料的研究

作　者: 朱翔
导　师: 张校刚
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 应用化学
关键词: 锂离子电池 负极材料 Sn基合金 碳复合物 石墨烯
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


目前商用的锂离子电池负极材料是具有良好循环稳定性的石墨化碳材料,但是它的容量偏小；石墨烯材料是近年来新兴的碳材料,作为石墨材料的组成基元,sp2碳原子组成的单原子层结构支撑起其特异的物理化学性质,在锂离子电池负极材料领域也同样展现出优异的性能；Sn能够与Li+发生可逆的合金化去合金化反应而生成储锂容量很大的Li44Sn合金相,但是多次循环的稳定性很差。本论文通过不同方法制备Sn基合金及其与碳的复合材料,研究材料结构、形貌、颗粒大小等因素对其充放电性能的影响,探讨优化Sn基合金负极材料循环性能的有效途径。(1)通过液相共还原制备Sn-Co合金纳米颗粒,对比还原条件发现在水溶液中有络合剂存在的条件下得到的Sn-Co合金粒径在20-40 nm之间且成分单一结晶性好,25次循环容量为178.9 mAh/g,保持率19.1%；球磨复合Sn-Co合金与乙炔黑得到的含碳16.7 wt%的Sn-Co/C复合物经25次循环容量容量为211.1 mAh/g,保持率为45.3%,性能比Sn-Co合金提高很多。(2)优化还原条件实现了Sn2+, Co2+以及氧化石墨(GO)的共还原,得到Sn-Co/还原氧化石墨烯(RGO)复合物,Sn及Sn-Co合金的结晶度较高,RGO以低石墨化无定型碳材料形式存在,具有褶皱结构。其首次不可逆容量损失仅为38.1%,80次循环后仍能保持547.6 mAh/g的放电容量,循环稳定性、高倍率充放电性能都得到了很大提升。(3)通过间苯二酚-甲醛形成的凝胶对Sn4+进行包覆形成前驱物,对其进行碳化处理得到Sn/C复合物,并对比GO对前驱物改性后得到的Sn/C复合物的性能,结果表明Sn/C复合物的结构由改性前的碳球负载Sn变为云状卷曲包覆Sn,由于Sn与碳基底结合力的加强使得复合物的容量性能和循环稳定性得到提高,改性Sn/C复合物经35次循环以后容量几乎无衰减,90次循环容量保持在220 mAh/g以上。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-26
  1.1 引言  12
  1.2 锂离子二次电池概述  12-16
    1.2.1 锂离子电池发展历程  12-13
    1.2.2 锂离子电池的工作原理  13-14
    1.2.3 锂离子电池正极材料概述  14-15
    1.2.4 锂离子电池电解质概述  15-16
  1.3 锂离子二次电池负极材料的概述及研究进展  16-20
    1.3.1 碳基负极材料  16-19
    1.3.2 其他非碳类负极材料  19-20
  1.4 锡基合金负极材料  20-24
    1.4.1 Sn基合金负极材料的种类  21-23
    1.4.2 Sn基合金负极材料的制备  23-24
  1.5 本文主要研究内容  24-26
第二章 化学还原制备Sn-Co合金并球磨制备Sn-Co-C复合物及其电化学行为  26-40
  2.1 引言  26
  2.2 Sn-Co合金的化学共还原及电化学行为  26-35
    2.2.1 实验部分  26-28
    2.2.2 结果与讨论  28-34
    2.2.3 小结  34-35
  2.3 Sn-Co-C复合物的制备及电化学行为  35-40
    2.3.1 引言  35
    2.3.2 实验部分  35-36
    2.3.3 结果与讨论  36-39
    2.3.4 小结  39-40
第三章 Sn-Co/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其电化学行为  40-60
  3.1 引言  40
  3.2 主要化学试剂与药品  40-41
  3.3 Sn-Co/还原氧化石墨烯复合材料的乙醇体系制备及其电化学性能  41-49
    3.3.1 实验部分  41-42
    3.3.2 结果与讨论  42-48
    3.3.3 小结  48-49
  3.4 Sn-Co/还原氧化石墨烯复合材料水溶液中的制备及其电化学性能  49-60
    3.4.1 引言  49
    3.4.2 实验部分  49-50
    3.4.3 结果与讨论  50-59
    3.4.4 小结  59-60
第四章 GO修饰间苯二酚-甲醛热解制备Sn/C复合物及其电化学行为  60-70
  4.1 引言  60
  4.2 实验  60-61
    4.2.1 药品及试剂  60-61
    4.2.2 GO的制备  61
    4.2.3 Sn/C复合物的制备  61
    4.2.4 GO改性前驱物Sn/C复合物的制备  61
    4.2.5 半电池的装配及其电化学性能的测试  61
  4.3 结果与讨论  61-69
    4.3.1 GO对Sn/C复合物前驱化合物的结构改性  61-62
    4.3.2 XRD及Raman光谱测试  62-64
    4.3.3 FE-SEM照片及EDS分析  64-65
    4.3.4 电化学行为及充放电性能评估  65-69
  4.4 小结  69-70
第五章 总结与展望  70-72
参考文献  72-78
致谢  78-79
在学期间的研究成果及发表的学术论文  79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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