發(fā)布時間：2018-04-30 06:28

  本文選題：錫基納米復(fù)合材料 + 介孔碳　； 參考：《魯東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：當(dāng)前,耐熱性好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的石墨作為鋰離子電池的負(fù)極材料,具有熱膨脹系數(shù)小,放電損失小等優(yōu)點(diǎn),但是它的理論比容量較低,僅為372 mAh/g,難以在電動汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。錫基復(fù)合材料作為一種新型清潔的鋰離子電池負(fù)極材料,具有較高的充放電容量、較低的嵌鋰電勢等優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛關(guān)注。但是錫基材料在充放電過程中體積變化過大,導(dǎo)致材料嚴(yán)重?fù)p壞,不可逆容量損失較大,循環(huán)穩(wěn)定性差。納米化和合金化是解決這一問題的有效途徑。本文研究了一系列錫基納米復(fù)合材料,特別是錫或二氧化錫納米線、納米顆粒與無定形碳復(fù)合材料的制備,考察了其在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容如下:1.通過溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝制備了介孔碳,并以其為模板,在其納米孔道中生長二氧化錫,除去部分碳得到了二氧化錫納米線/碳復(fù)合材料。通過透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X-射線粉末衍射(XRD)等手段對所得產(chǎn)品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,納米線的直徑為5 nm,納米線間平行排列呈陣列分布,材料的比表面積較大,合成的二氧化錫為四方金紅石結(jié)構(gòu),二氧化錫在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92%。對復(fù)合材料進(jìn)行電化學(xué)性能測試,結(jié)果表明在160 mA/g的電流密度下,100次充放電循環(huán)以后,可逆比容量仍高達(dá)539 mAh/g,約為純二氧化錫納米線的1.4倍。二氧化錫納米線/碳復(fù)合材料具有較好的循環(huán)性能和較高的可逆容量,主要?dú)w因于碳材料可以充當(dāng)緩沖層緩解體積變化引起的內(nèi)應(yīng)力,保護(hù)二氧化錫納米結(jié)構(gòu),防止因鋰離子的嵌入與脫出過程引起的結(jié)構(gòu)損壞。2.以二氧化錫溶膠和聚丙烯腈為原料,通過靜電紡絲工藝合成了錫/碳納米纖維。錫納米顆粒均勻地分散在碳纖維材料中,二氧化錫溶膠作為錫的前驅(qū)體可提高錫碳間的相容性,阻止錫納米顆粒間由于熱處理引起的團(tuán)聚現(xiàn)象。合成的金屬錫為四方晶系結(jié)構(gòu),納米纖維直徑約為300 nm,錫占總含量的61.3%。通過恒流充放電、循環(huán)伏安曲線(CV)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)測試了復(fù)合材料的電化學(xué)性能,結(jié)果表明在200 mA/g的電流密度下,復(fù)合材料具有較高的可逆容量和庫倫效率。100次充放電循環(huán)以后,可逆容量仍高達(dá)583 mAh/g,庫倫效率保持在99%左右。這主要?dú)w因于錫納米顆粒均勻地嵌入在碳纖維中,碳的緩沖作用緩解了錫的體積效應(yīng),進(jìn)而增加材料的循環(huán)穩(wěn)定性和可逆容量。3.以三嵌段共聚化合物(F-127)為表面活性劑,通過水熱合成法制備了介孔酚醛樹脂。以其為碳源,二氧化錫溶膠為錫源,通過共沉淀法合成二氧化錫/介孔碳復(fù)合材料。合成的二氧化錫為四方金紅石結(jié)構(gòu),納米顆粒直徑約為3.5 nm,二氧化錫在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%。電化學(xué)性能測試表明復(fù)合材料在200mA/g的電流密度下,100次充放電循環(huán)以后,可逆容量相對較低,為328 mAh/g。原因可能是共沉淀法制備的復(fù)合材料中,部分二氧化錫沉積在介孔碳表面,不能有效緩沖體積變化,且二氧化錫沉積量較低,因而可逆容量較低。
[Abstract]:At present, graphite with good heat resistance and stable chemical properties is a negative material for lithium ion batteries. It has the advantages of small thermal expansion coefficient and small discharge loss, but its theory is lower than the capacity of 372 mAh/g. It is difficult to be widely used in electric vehicle and other fields. Tin based composites are used as a new clean lithium ion battery negative electrode Materials, with the advantages of high charge discharge capacity and lower lithium EMF, are widely concerned. However, the volume change of tin based materials in the process of charging and discharging is too large, resulting in serious damage of materials, large loss of irreversible capacity and poor circulation stability. The effective way to solve this problem is nanoscale and alloying. A series of tin based nanocomposites, especially tin or two tin oxide nanowires, and the preparation of nano particles and amorphous carbon composites, were prepared and applied to the negative electrode materials of lithium ion batteries. The main contents are as follows: 1. the mesoporous carbon was prepared by solvent evaporation induced self assembly, and it was used as a template to grow in the nanoscale channel. Two tin oxide was obtained by removing some carbon. The products were characterized by transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) and X- ray powder diffraction (XRD). The results showed that the diameter of the nanowires was 5 nm, the parallel arrangement of nanowires was array, the surface area of the material was larger and synthetic. Two tin oxide is a tetragonal rutile structure, and the mass fraction of two tin oxide in the composite is 92%. for electrochemical performance test. The results show that the reversible specific capacity is still up to 539 mAh/g after 100 charge discharge cycles at 160 mA/g current density, about 1.4 times that of pure two tin oxide nanowires. Two tin oxide nanowires / Carbon composites have good cycling performance and high reversible capacity, mainly due to carbon materials can act as buffer layers to alleviate the internal stress caused by volume change, protect the two tin oxide nanostructures, prevent structural damage caused by the insertion and removal of lithium ion, and use two tin oxide sol and polyacrylonitrile as raw materials, through.2.. Tin / carbon nanofibers are synthesized by the electrospinning process. The tin nanoparticles are evenly dispersed in the carbon fiber materials. The two tin oxide sol as a precursor of tin can improve the compatibility of tin carbon and prevent the agglomeration between the tin nanoparticles due to heat treatment. The synthetic metal tin is a tetragonal crystal structure with a diameter of about 300 n. M, tin accounted for the total content of 61.3%. by constant current charge discharge, cyclic voltammetry curve (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to test the electrochemical performance of the composite. The results show that under the current density of 200 mA/g, the composite has high reversible capacity and Kulun efficiency.100 secondary charge discharge cycle, and the reversible capacity is still up to 583 mAh/g, and the efficiency of the composite is up to 583 mAh/g. The rate remains about 99%. This is mainly attributed to the uniform embedding of tin nanoparticles in carbon fibers. The buffer effect of carbon reduces the volume effect of tin, and then increases the cyclic stability and reversible capacity of the material.3. with three block copolymers (F-127) as the surface active agent. Carbon source, two tin oxide sols as tin sources, two tin oxide / mesoporous carbon composites are synthesized by coprecipitation. The synthesized two tin oxide is tetragonal rutile structure, the diameter of nano particles is about 3.5 nm, and the mass fraction of two tin oxide in the composite is 43%. electrochemical properties test sheet under the current density of 200mA/g, 100 times After charging and discharging cycle, the reversible capacity is relatively low, which may be 328 mAh/g. in the composite prepared by coprecipitation. Some two tin oxide deposited on the mesoporous carbon surface, which can not effectively buffer volume change, and the deposition of two tin oxide is low, thus the reversible capacity is low.

【學(xué)位授予單位】：魯東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB33;TM912

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐志珍;張文清;張建榮;;二氧化錫基質(zhì)粉體的應(yīng)用與生產(chǎn)研發(fā)[J];新材料產(chǎn)業(yè);2012年08期

2 楊正民;;生產(chǎn)二氧化錫的新方法[J];云南化工技術(shù);1983年01期

3 劉立堯;二氧化錫中鉛、銅、鉍的導(dǎo)數(shù)極譜測定[J];冶金分析;1987年03期

4 楊林宏,張建成,沈悅;分散劑對納米相二氧化錫制備的影響[J];上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年03期

5 姚程;盛嘉偉;張儉;;葉臘石基銻摻雜二氧化錫復(fù)合導(dǎo)電粉體的制備及電性能[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2013年01期

6 ;用二氧化錫作發(fā)熱體生產(chǎn)中堿玻璃纖維[J];玻璃纖維;1973年01期

7 李國盛;;用國產(chǎn)二氧化錫配制乳白釉[J];陶瓷;1986年01期

8 楊國棟;;錫精礦化學(xué)法制取二氧化錫及氧化亞錫的技術(shù)實(shí)踐[J];云南冶金;1987年06期

9 陶東平;;氣體還原二氧化錫的非等溫過程動力學(xué)[J];化工冶金;1988年04期

10 趙蘭英,程虎,李翎;三元絡(luò)合光度法測定空氣中二氧化錫[J];職業(yè)醫(yī)學(xué);1989年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 蔣海燕;戴洪興;何洪;;蠕蟲狀介孔二氧化錫的合成及表征[A];第六屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

2 農(nóng)永萍;;火焰原子吸收分光光度法測定二氧化錫中鉛、銅的研究[A];中國有色金屬學(xué)會重有色金屬冶金學(xué)術(shù)委員會第八屆全國錫銻冶煉及加工生產(chǎn)技術(shù)交流會論文集[C];2006年

3 汪慶衛(wèi);寧偉;蔣守宏;沈玉君;;二氧化錫電極的研究及其發(fā)展[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

4 汪慶衛(wèi);寧偉;蔣守宏;沈玉君;;二氧化錫電極的研究及其發(fā)展[A];全國玻璃窯爐技術(shù)研討交流會論文集[C];2004年

5 趙娜;李大光;趙豐華;傅維勤;;二氧化錫納/微米結(jié)構(gòu)材料的制備與表征[A];中國化學(xué)會第26屆學(xué)術(shù)年會納米化學(xué)分會場論文集[C];2008年

6 劉暢;匡勤;謝兆雄;鄭蘭蓀;;不同貴金屬負(fù)載的二氧化錫納米八面體的氣敏性質(zhì)研究[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第4分會場摘要集[C];2012年

7 陳帥;齊利民;;二氧化錫納米棒陣列的可控合成及其高倍率鋰電性能[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第4分會場摘要集[C];2012年

8 陳帥;齊利民;;二氧化錫介晶納米棒陣列及其復(fù)合結(jié)構(gòu)的可控合成與鋰電性能研究[A];中國化學(xué)會第十四屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集-第1分會：表面界面與納米結(jié)構(gòu)材料[C];2013年

9 宗福建;李立君;崔曉東;馬洪磊;馬瑾;張錫健;計(jì)峰;肖洪地;;二氧化錫納米線的生長機(jī)理研究[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（7）[C];2007年

10 李蕾;曲風(fēng)玉;;分子篩模板法合成二氧化錫介孔材料及其氣敏性能研究[A];中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會第8分會場摘要集[C];2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉剛;二氧化錫納米材料的制備及其氣敏性能研究[D];上海大學(xué);2015年

2 王夢亞;多層次纖維結(jié)構(gòu)的錫基納米復(fù)合材料制備及其儲鋰性能的研究[D];浙江大學(xué);2017年

3 萬遠(yuǎn)鑫;高性能鋰離子電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì)研究[D];南京大學(xué);2017年

4 蔡昊;基于泡沫鎳三維網(wǎng)絡(luò)基底的敏感材料的制備與特性研究[D];吉林大學(xué);2017年

5 汪慶衛(wèi);稀土摻雜二氧化錫陶瓷電極的制備及性能研究[D];東華大學(xué);2012年

6 王磊;二氧化錫納米材料的制備與擴(kuò)展[D];華東理工大學(xué);2011年

7 管越;二氧化錫納米材料的制備及其氣敏特性的研究[D];吉林大學(xué);2014年

8 夏鑫;二氧化錫納米纖維結(jié)構(gòu)構(gòu)建及其性能的研究[D];江南大學(xué);2013年

9 江名喜;配合—水熱氧化法合成銻摻雜二氧化錫納米粉末及其吸波性能的研究[D];中南大學(xué);2006年

10 甘露;納米二氧化錫氣敏薄膜的研究[D];華中科技大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 高宇曦;負(fù)載型二氧化錫基納米材料的制備、表征及其甲醇電氧化催化性能的研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

2 許旺旺;SnO_2/導(dǎo)電聚合物異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米棒陣列的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

3 李穎;氧化銻錫（ATO）的制備及其性能的研究[D];西南交通大學(xué);2015年

4 史雅琪;聚苯胺及其復(fù)合納米纖維的制備與表征[D];大連交通大學(xué);2015年

5 蔣建忠;三維石墨烯基氧化錫多元復(fù)合材料的鋰電性能研究[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

6 汪文峰;二氧化錫—碳基復(fù)合材料在鋰離子電池中的應(yīng)用[D];上海大學(xué);2015年

7 陳程;氟磷共摻雜二氧化錫（FPTO）導(dǎo)電材料的制備及性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

8 張碩;二氧化錫納米結(jié)構(gòu)的可控合成及其在量子點(diǎn)敏化光伏電池中的應(yīng)用[D];河南師范大學(xué);2015年

9 張琳;NO在潔凈及摻雜Cu的SnO_2體系的第一性原理研究[D];河南師范大學(xué);2015年

10 陳俊超;二氧化錫與伽馬氧化鋁納米材料表面結(jié)構(gòu)的固體核磁共振研究[D];南京大學(xué);2015年

，

本文編號：1823451