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金属氧化物/石墨锂离子电池负极材料的制备及表征

作　者: 杨超
导　师: 周国江
学　校:
专　业: 化学工艺
关键词: 石墨 金属氧化物 负极材料 制备
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 7次
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内容摘要


随着锂离子电池行业的发展，越来越多的研究者关注负极材料的开发，石墨虽然占据负极材料的主导地位，但仍存在诸多电化学性能问题。本论文采用两种不同的方法制备了金属氧化物/石墨负极材料，结合XRD、SEM、TEM及Raman等手段进行了结构及形貌表征，并对制备的材料进行了电化学性能研究。本文首先对石墨进行了氧化处理，最终确定的石墨最佳氧化方案为：采用Hummers氧化法，氧化剂用量m石墨/mKMnO4为1:3，中温反应时间为1h。石墨经过氧化处理，片层上引入了大量的含氧官能团，层间距由0.336nm扩大到0.766nm。采用直接沉淀法，经高温煅烧制备了NiO/石墨负极材料。结构及形貌表征结果表明：NiO/石墨负极材料中石墨片层与NiO存在一定程度的复合，NiO的晶粒大小为24.6nm左右，但有部分团聚现象，而且存在石墨片层裂痕及石墨碎片。电化学测试结果表明：0.1C低倍率下的50次循环放电比容量为337mAh·g-1，容量保持率为57.4%（除去首次循环），材料低倍率循环性能不如石墨；但1C高倍率10个循环后容量仍保持在138mAh·g-1，优于石墨的66mAh·g-1。采用原位液相沉积法，经高温煅烧制备了SnO2/石墨负极材料。结构及形貌表征结果表明：SnO2/石墨负极材料中石墨片层与SnO2存在一定程度的复合，SnO2的晶粒大小为10.8nm左右，分布均匀，基本无团聚现象，而且石墨保持了良好的片层结构。电化学测试结果表明：0.1C低倍率下的50次循环放电比容量为492mAh·g-1，容量保持率为80.6%，1C高倍率10个循环容量高达178mAh·g-1，石墨的低倍率、高倍率电化学性能均得到了提升。

全文目录


致谢  6-7
摘要  7-8
Abstract  8-11
1 绪论  11-20
  1.1 选题背景及意义  11
  1.2 石墨负极材料的研究进展  11-14
  1.3 金属氧化物负极材料的研究进展  14-16
  1.4 金属氧化物/石墨负极材料的研究进展  16-18
  1.5 本课题的研究内容及目标  18-20
    1.5.1 研究内容  18
    1.5.2 研究目标  18
    1.5.3 研究方案  18-20
2 实验部分  20-25
  2.1 实验原料、药品及仪器  20-21
    2.1.1 实验原料  20
    2.1.2 实验药品  20
    2.1.3 实验仪器  20-21
  2.2 材料的制备  21-22
    2.2.1 氧化石墨的制备  21-22
    2.2.2 NiO/石墨负极材料的制备  22
    2.2.3 SnO_2/石墨负极材料的制备  22
  2.3 材料的表征  22-23
    2.3.1 X 射线衍射仪（XRD）  22-23
    2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）  23
    2.3.3 透射电子显微镜（TEM）  23
    2.3.4 傅利叶变换红外光谱分析仪（FT-IR）  23
    2.3.5 拉曼光谱分析仪（Raman）  23
  2.4 材料的电化学性能测试  23-25
    2.4.1 电极的制作  23
    2.4.2 电池的装配  23-24
    2.4.3 循环伏安测试  24
    2.4.4 恒电流充放电测试  24-25
3 结果与讨论  25-51
  3.1 氧化石墨的研究  25-30
    3.1.1 XRD 结构表征  25-28
    3.1.2 红外光谱表征  28-29
    3.1.3 SEM 形貌表征  29-30
    3.1.4 拉曼光谱表征  30
  3.2 NiO/石墨负极材料的研究  30-41
    3.2.1 XRD 结构表征  31-34
    3.2.2 SEM 及 TEM 形貌表征  34-35
    3.2.3 拉曼光谱表征  35-36
    3.2.4 电化学测试  36-41
  3.3 SnO_2/石墨负极材料的研究  41-51
    3.3.1 XRD 结构表征  41-43
    3.3.2 SEM 及 TEM 形貌表征  43-44
    3.3.3 拉曼光谱表征  44-46
    3.3.4 电化学测试  46-51
4 结论  51-52
参考文献  52-56
作者简历  56-57
学位论文数据集  57-58
详细摘要  58-59

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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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