隨著工業(yè)的快速發(fā)展,能源以及環(huán)境問題正變得越來越嚴(yán)重�，F(xiàn)代社會不斷增長的能源需求迫切需要開發(fā)更加環(huán)保、高效的能量轉(zhuǎn)換和存儲系統(tǒng)。以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能設(shè)備雖在經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中起著重大作用,但也面臨著不小的挑戰(zhàn)。電極材料作為鋰離子電池體系的核心組成部分,其性能的好壞基本上決定了電池整體性能的優(yōu)劣�；诓牧系慕M成-結(jié)構(gòu)-性能之間的構(gòu)效關(guān)系,依據(jù)鋰離子電池不同的儲鋰機(jī)制,設(shè)計并制備具有高比容量、長循環(huán)壽命的微納米結(jié)構(gòu)鋰離子電池陽極材料已成為社會凾待解決的熱點問題。本文基于靜電、配位和分子自組裝理論,以鈦錫氧固溶體、鎳鈷基酸或堿式碳酸鹽等含碳功能復(fù)合材料為研究對象,緊密圍繞微納米三維結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的設(shè)計、簡易可控構(gòu)筑與高效儲鋰性能的主題,成功制備了一系列多種形貌的微納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。探索了多級微納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的合成機(jī)理與構(gòu)筑策略,揭示了組成、微納結(jié)構(gòu)、三維復(fù)合的作用機(jī)制及對材料電化學(xué)性能的影響,并借助HR-TEM、原位XRD、非原位XPS等手段初步探討了三維結(jié)構(gòu)復(fù)合電極材料的儲鋰機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:(1)微納米結(jié)構(gòu)鈦-錫-氧固溶體/還原氧化石墨烯三維復(fù)合材料(Ti_x

【文章頁數(shù)】：196 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 鋰離子電池簡介
        1.2.1 鋰離子電池陰極材料簡介
        1.2.2 鋰離子電池陽極材料簡介
    1.3 高容量鋰離子電池陽極微納材料簡介
        1.3.1 嵌入/脫出型高容量陽極微納材料
        1.3.2 合金型高容量陽極微納材料
        1.3.3 轉(zhuǎn)化型高容量陽極微納材料
        1.3.4 鋰金屬高容量陽極微納材料
    1.4 高容量鋰離子電池陽極微納材料儲鋰機(jī)理的研究方法簡介
        1.4.1 原位透射電鏡(in-situ TEM)
        1.4.2 原位X射線衍射(in-situ XRD)
        1.4.3 近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(NEXAFS)
        1.4.4 其它原位(或準(zhǔn)原位)技術(shù)
        1.4.5 密度泛函理論計算(DFT)
    1.5 本論文選題依據(jù)及研究內(nèi)容
        1.5.1 選題依據(jù)及意義
        1.5.2 主要研究內(nèi)容
第二章 實驗試劑、儀器及表征方法
    2.1 實驗試劑
    2.2 實驗儀器
    2.3 材料表征的方法
        2.3.1 X射線衍射分析
        2.3.2 傅里葉變換紅外光譜分析
        2.3.3 X射線光電子能譜分析
        2.3.4 熱重與差熱分析
        2.3.5 比表面及孔隙度分析
        2.3.6 掃描電子顯微鏡分析
        2.3.7 高分辨透射電子顯微鏡分析
        2.3.8 拉曼光譜分析
    2.4 電化學(xué)性能測試
        2.4.1 扣式電池制備過程
        2.4.2 原位電池電極制備與組裝過程
        2.4.3 循環(huán)伏安測試
        2.4.4 恒流充放電測試
        2.4.5 交流阻抗測試
        2.4.6 電極理論容量計算
第三章 三維微納結(jié)構(gòu)Ti_xSn_1-xO₂/rGO復(fù)合材料的設(shè)計、可控制備及其儲鋰機(jī)理與性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 氧化石墨烯的制備
        3.2.2 Ti_xSn_1-xO₂/rGO的制備
        3.2.3 海膽狀Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的制備
        3.2.4 形貌結(jié)構(gòu)表征所用儀器與條件
        3.2.5 電池組裝和電化學(xué)評估
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 Ti_xSn_1-xO₂/rGO和Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的XRD譜
        3.3.2 Ti_xSn_1-xO₂/rGO和Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的FTIR圖
        3.3.3 Ti_xSn_1-xO₂/rGO和Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的熱重分析
        3.3.4 Ti_xSn_1-xO₂/rGO和Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的N₂吸附-脫附等溫線
        3.3.5 Ti_xSn_1-xO₂/rGO和Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的Raman圖
        3.3.6 Ti_xSn_1-xO₂/rGO的形貌分析
        3.3.7 Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的形貌分析
        3.3.8 Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的XPS分析
        3.3.9 Ti_xSn_1-xO₂/rGO的儲鋰性能
        3.3.10 Ti_0.8Sn_0.2O₂/rGO的儲鋰性能
    3.4 Ti_xSn_1-xO₂/rGO鋰儲存機(jī)理分析
    3.5 Ti_xSn_1-xO₂/rGO電極反應(yīng)贗電容特性分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 表面活性劑輔助下Ti_0.8Sn_0.2O₂/C三維微納結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的形貌可控制備與儲鋰性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 不同形貌Ti_0.8Sn_0.2O₂的制備
        4.2.2 Ti_0.8Sn_0.2O₂/C復(fù)合材料的制備
        4.2.3 形貌結(jié)構(gòu)表征用儀器與條件
        4.2.4 電池組裝和電化學(xué)評估
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 Ti_0.8Sn_0.2O₂和Ti_0.8Sn_0.2O₂/C的XRD
        4.3.2 Ti_0.8Sn_0.2O₂/C的FTIR圖
        4.3.3 Ti_0.8Sn_0.2O₂/C復(fù)合材料的熱重分析
        4.3.4 Ti_0.8Sn_0.2O₂和Ti_0.8Sn_0.2O₂/C的N₂吸附-脫附等溫線
        4.3.5 Ti_0.8Sn_0.2O₂和Ti_0.8Sn_0.2O₂/C的Raman圖
        4.3.6 表面活性劑對Ti_0.8Sn_0.2O₂形貌的影響
        4.3.7 Ti_0.8Sn_0.2O₂/C的形貌分析
        4.3.8 Ti_0.8Sn_0.2O₂和Ti_0.8Sn_0.2O₂/C的儲鋰性能
    4.4 Ti_0.8Sn_0.2O₂和Ti_0.8Sn_0.2O₂/C電極反應(yīng)贗電容與動力學(xué)特性分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 三維層狀結(jié)構(gòu)Ni(HCO₃)₂納米立方體/還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及其儲鋰機(jī)理與性能研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 Ni(HCO₃)₂/rGO的制備
        5.2.2 Ni(HCO₃)₂ 和Ni(HCO₃)₂@rGO的制備
        5.2.3 形貌結(jié)構(gòu)表征用儀器與條件
        5.2.4 電池組裝和電化學(xué)評估
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 Ni(HCO₃)₂/rGO和Ni(HCO₃)₂ 的XRD譜
        5.3.2 Ni(HCO₃)₂ 和Ni(HCO₃)₂/rGO的熱重分析
        5.3.3 Ni(HCO₃)₂/rGO的FTIR圖
        5.3.4 Ni(HCO₃)₂/rGO的Raman圖
        5.3.5 Ni(HCO₃)₂ 的形貌分析
        5.3.6 Ni(HCO₃)₂/rGO的形貌分析
        5.3.7 Ni(HCO₃)₂/rGO的N₂吸附-脫附等溫線
        5.3.8 Ni(HCO₃)₂/rGO的儲鋰性能
        5.3.9 Ni(HCO₃)₂ 的儲鋰性能
        5.3.10 Ni(HCO₃)₂@rGO的儲鋰性能
        5.3.11 濃度對Ni(HCO₃)₂/rGO形貌顆粒尺寸及性能的影響
    5.4 鋰存儲機(jī)理分析
    5.5 電極反應(yīng)動力學(xué)分析
    5.6 本章小結(jié)
第六章 三維開放式結(jié)構(gòu)Co₂(OH)₂CO₃納米線/還原氧化石墨烯復(fù)合材料的簡易制備及其儲鋰機(jī)理與性能研究
    6.1 引言
    6.2 實驗部分
        6.2.1 Co₂(OH)₂CO₃/rGO與Co₂(OH)₂CO₃的制備
        6.2.2 形貌結(jié)構(gòu)測試儀器與條件
        6.2.3 電池組裝和電化學(xué)評估
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 Co₂(OH)₂CO₃/rGO和Co₂(OH)₂CO₃的XRD譜
        6.3.2 Co₂(OH)₂CO₃/rGO和Co₂(OH)₂CO₃的熱重分析
        6.3.3 Co₂(OH)₂CO₃/rGO的Raman圖
        6.3.4 Co₂(OH)₂CO₃的形貌分析
        6.3.5 Co₂(OH)₂CO₃/rGO的結(jié)構(gòu)形貌分析
        6.3.6 Co₂(OH)₂CO₃/rGO的N₂吸附-脫附等溫線
        6.3.7 Co₂(OH)₂CO₃/rGO的儲鋰性能
    6.4 鋰存儲機(jī)理分析
    6.5 電極反應(yīng)動力學(xué)分析
    6.6 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 全文結(jié)論
    7.2 工作展望
參考文獻(xiàn)
作者簡歷及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果
致謝



本文編號：3842353