本文關鍵詞：核殼結構過渡金屬氧化物的制備及其電化學性能測試，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著鋰離子電池在電動車和儲能設備等大功率用電器具方面的應用越來越廣泛,消費者需要商用的電池擁有高的能量密度、電壓平穩(wěn)和良好的循環(huán)性能,而電池的性能與電極材料的結構密不可分。過渡金屬氧化物作為負極材料有較高的比容量和較低的脫嵌鋰平臺,引起了越來越多的關注。但其充放電過程中體積變化大,限制了使用壽命和倍率性能。所以,近年來一種核殼結構的電極材料被廣泛用到鋰離子電池中,實現(xiàn)核與殼的功能互補和復合,能有效改善電池的綜合性能。同時納米尺寸的電極材料能夠縮短Li+和電子的傳導路徑,進而提高可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性�；谝陨蟽牲c,本文通過簡單的水熱法、沉淀法和離子交換等方法制備了納米尺寸的核殼結構過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料。(1)本文采用溶劑熱法合成純度高、分散性好、結構可控的小納米球堆疊而成的Fe3O4納米微球。再用超聲沉淀法在Fe3O4表面包覆一層Mn3O4納米片,形成核殼結構的Fe3O4@Mn3O4納米微球。運用X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和電化學測試對其結構和性能進行了表征。經過電化學測試,Fe3O4@Mn3O4納米微球在電流密度0.1C下的初始放電容量為1018 mAhg-1,循環(huán)200次后容量保持在639 mAhg-1。在這過程出現(xiàn)了容量先下降后上升的現(xiàn)象,容量上升的現(xiàn)象也曾經出現(xiàn)在過渡族金屬氧化物中,原因可能是鋰離子同電解液和核殼納米粒的相互作用從表面逐步進行到內部,是一個逐步活化電極材料的過程。而單獨的Fe3O4納米微球的初始放電容量為940 mAhg-1,200次循環(huán)后容量保留率只有21.4%。(2)前一章已經成功的合成出了Fe3O4@Mn3O4協(xié)同作用的核殼結構材料,很大程度提高了電化學性能。為了進一步增強導電性,本章將牛血清白蛋白作為媒介物質,利用其中的組氨酸對特定金屬離子的吸附特性來連接兩種過渡金屬氧化物,經過熱處理后牛血清白蛋白作為碳層,制備出Fe3O4@C@Mn3O4多級核殼結構。為了探討多級核殼結構的形成機制,改變牛血清白蛋白的加入量來進行形貌觀察。得出核殼結構的形成與氨基酸的活性位點、金屬離子半徑及價鍵理論有關。將Fe3O4@C@Mn3O4多級核殼結構作為電池負極材料,電化學測試顯示,在0.1 C電流速率下其初始放電容量為1261 mAhg-1,循環(huán)200次后仍有987 mAhg-1容量保留,表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能。提高的電化學性能歸結于兩點:首先碳材料可以緩解由體積變化產生的應力和活性物質團聚;其次碳具有良好的導電性,可以提高電極的電子導電率。(3)本章基于金屬有機框架(MOF)的理念,運用離子交換的方法將Mn2+替代K3[Fe(CN)6]中的K+,合成Mn3[Fe(CN)6]2前驅體,再經過熱處理煅燒制備出粒徑在500-800 nm的MnFe2O4介孔納米微球,平均介孔尺寸為18.38 nm,BET比表面積和介孔體積分別為55.1 m2/g和0.36 m3/g。大比表面積賦予了電極-電解液大的接觸面積和更多的存儲鋰空間,而分級介孔特性可以更好地傳輸Li+和電解質分子,縮短電極材料的運輸路徑,緩解充放電過程中引起的體積變化。之后用化學浴沉積在MnFe2O4介孔微球表面包覆一層TiO2,TiO2擁有好的結構穩(wěn)定性和長的循環(huán)壽命,兩者復合后合成出了核殼結構MnFe2O4@TiO2介孔微球,在0.1 C電流密度下循環(huán)200次后仍有456 mAh/g可逆容量。
【關鍵詞】：鋰離子電池負極 核殼結構 表面包覆 過渡金屬氧化物 介孔結構
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O646;TM912
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 鋰離子電池的簡介9-12
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展史9-10
• 1.2.2 鋰離子電池的組成及工作原理10-11
• 1.2.3 鋰離子電池的特點11-12
• 1.3 鋰離子電池負極材料的研究進展12-14
• 1.3.1 碳類負極材料12-13
• 1.3.2 硅、錫基負極材料13-14
• 1.3.3 過渡金屬氧化物負極材料14
• 1.4 復合材料作為鋰離子電池負極材料14-17
• 1.4.1 過渡金屬氧化物復合材料14-16
• 1.4.2 合金復合材料16-17
• 1.5 合成負極材料的方法17-20
• 1.5.1 溶劑熱法17
• 1.5.2 沉淀法17-18
• 1.5.3 金屬有機框架法18
• 1.5.4 微波法18-19
• 1.5.5 溶膠-凝膠法19
• 1.5.6 電化學法19-20
• 1.6 本論文的選題依據(jù)及研究內容20-22
• 1.6.1 本論文研究背景20
• 1.6.2 本論文研究內容20-22
• 第二章 實驗材料與測試設備22-25
• 2.1 試驗所用藥品22-23
• 2.2 實驗儀器或設備23
• 2.3 材料結構表征23-25
• 第三章 核殼結構Fe_3O_4@Mn_3O_4的合成及性能測試25-31
• 3.1 樣品合成過程25-26
• 3.2 實驗結果與討論26-31
• 3.2.1 物相表征26-27
• 3.2.2 形貌和結構分析27-28
• 3.2.3 KMnO_4的量對形貌的影響28-29
• 3.2.4 電化學性能測試29-31
• 第四章 核殼結構Fe_3O_4@C@Mn_3O_4的合成及性能測試31-38
• 4.1 樣品合成過程31-32
• 4.2 實驗結果與討論32-38
• 4.2.1 物相表征32-33
• 4.2.2 形貌和結構分析33-34
• 4.2.3 BSA的加入量對形貌的影響34-35
• 4.2.4 Fe_3O_4@BSA@Mn_3O_4核殼結構的形成機制35-36
• 4.2.5 電化學性能測試36-38
• 第五章 MnFe_2O_4@TiO_2介孔微球的合成及性能測試38-45
• 5.1 樣品的制備過程38-39
• 5.2 實驗結果與討論39-45
• 5.2.1 物相表征39-40
• 5.2.2 形貌和結構分析40-42
• 5.2.3 不同PVP含量和反應時間對形貌的影響42-43
• 5.2.4 電化學性能測試43-45
• 第六章 結論45-46
• 致謝46-47
• 參考文獻47-54
• 作者簡介54
• 攻讀碩士學位期間研究成果54

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5 張立新,羅佳,王琳,金浦,陳乾旺;SiO_2/PE/Bi_2S_3核殼結構納米顆粒的合成與性能(英文)[J];無機化學學報;2005年09期

6 方玉堂;劉洪;;核殼結構納米復合材料的超聲合成研究進展[J];材料導報;2008年S2期

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8 郎雷鳴;;鋅基熒光量子點核殼結構材料的制備及發(fā)光性能研究[J];科技信息;2010年33期

9 樊惠昌;;研究核殼乳液技術 開辟升級換代途徑[J];中國皮革;1990年03期

10 張愷,韓坤,張學海,張俊虎,楊柏;具有無機/有機核殼結構的窄分散發(fā)光微球的合成與表征[J];科學通報;2005年11期

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1 劉偉;蓋國勝;楊玉芬;樊世民;;核殼結構粒子制備及分析[A];第十一屆全國粉體工程學術會暨相關設備、產品交流會論文集[C];2005年

2 何浪;王靜波;洪昕林;;核殼結構丙烯酸樹脂的制備及粒徑研究[A];中國化學會第十三屆膠體與界面化學會議論文摘要集[C];2011年

3 趙華偉;時虎;;核殼處理技術在阻燃防火中的應用[A];2011安徽省科協(xié)年會——海灣杯“社會消防安全管理創(chuàng)新”專題年會論文集[C];2011年

4 魯遙;趙鵬程;胡應乾;蔣宏亮;王利群;;同軸電紡制備生物降解多功能核殼纖維膜[A];中國化學會第26屆學術年會功能高分子科學前沿分會場論文集[C];2008年

5 劉俠俠;;吸波核殼材料的研究進展與發(fā)展方向[A];中國硅酸鹽學會陶瓷分會2012年學術年會論文集[C];2012年

6 費翔;徐世美;王吉德;;新型核殼結構納米復合雙網絡水凝膠的合成及其機械性能研究[A];2009年全國高分子學術論文報告會論文摘要集（下冊）[C];2009年

7 馬宇春;李雪梅;柳越;李廣錄;何濤;;基于核殼結構的納米粒子型正滲透驅動液的研究[A];第四屆中國膜科學與技術報告會論文集[C];2010年

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1 姜恩;我國成功制備出核殼結構的碳納米管[N];科技日報;2009年

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7 何曉丹;核殼結構中的增強石墨烯吸收及全介電磁共振的研究[D];南京大學;2016年

8 孫鵬軒;ZIF-8@mesoSiO_2核殼材料的合成以及疏水性修飾的研究[D];吉林大學;2016年

9 張雨;核殼結構過渡金屬氧化物的制備及其電化學性能測試[D];長春工業(yè)大學;2016年

10 史華;高鎳組分的核殼結構層狀鋰離子電池正極材料[D];天津理工大學;2014年

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