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锂离子电池负极材料ZnFeO4及其石墨烯复合材料的合成表征与电化学性能研究

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 锂离子电池简介

1.1.1 锂离子电池的发展历史

1.1.2 锂离子电池的组成和特点

1.1.3 锂离子电池的工作原理

1.1.4 锂离子电池的应用

1.2 锂离子电池负极材料研究进展

1.2.1 锂离子电池负极材料的要求

1.2.2 碳类负极材料

1.2.3 单质及其合金类负极材料

1.2.4 氧化物负极材料

1.2.5 其他负极材料

1.3 氧化物类负极材料存在的问题及改性方法

1.3.1 氧化物类负极材料存在的问题

1.3.2 氧化物类负极材料的改性方法

1.4 本论文的选题依据和研究内容

第二章 合成方法与表征

2.1 合成方法

2.1.1 水热/溶剂热法

2.1.2 试剂与仪器

2.2 结构表征

2.2.1 X射线衍射(XRD)

2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)与X射线能谱仪(EDS)

2.2.3 透射电子显微镜(TEM)

2.2.4 N2吸附-脱附等温线测试(BET)

2.3 电化学测试

2.3.1 电池的制备

2.3.2 循环伏安测试(CV)

2.3.3 恒流充放电测试

2.3.4 交流阻抗测试(EIS)

第三章 ZnFe2O4纳米材料的合成、表征与电化学性能研究

3.1 引言

3.2 ZnFe2O4纳米材料的合成与表征

3.2.1 水热法合成ZnFe2O4纳米材料

3.2.2 溶剂热法合成ZnFe2O4纳米材料

3.2.3 ZnFe2O4纳米材料的表征

3.3 ZnFe2O4纳米材料的电化学性能

3.3.1 恒流充放电性能

3.3.2 电化学反应机理

3.3.3 循环伏安测试

3.3.4 交流阻抗测试

3.4 本章小结

第四章 ZnFe2O4与石墨烯复合材料的合成、表征与电化学研究

4.1 引言

4.2 ZnFe2O4/石墨烯复合材料的合成与表征

4.2.1 ZnFe2O4/石墨烯复合材料的合成

4.2.2 ZnFe2O4/石墨烯复合材料的表征

4.3 ZnFe2O4 /石墨烯复合材料的电化学性能

4.3.1 恒流充放电测试

4.3.2 循环伏安测试

4.3.3 交流阻抗测试

4.4 本章小结

参考文献

致谢

附录:硕士学位期间完成的论文

Porous ZnFe2O4 Nanospheres Grown on Graphene Nanosheets as a Superior Anode Material for Lithium Ion Batteries

学位论文评阅及答辩情况表

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摘要

当前,随着新兴经济的快速发展以及各国不断上升的能源需求,全球能源消耗量急剧增长。为了满足这些日益增长的能源需求,同时避免全球资源耗竭和对环境的长期破坏,寻求高性能、低成本以及环境友好的能源体系成为目前急需解决的问题。二次电池尤其是二次锂离子电池被寄予了很高的期望。
   近年来,寻求安全性能好、比容量高和循环寿命更长的新型负极材料,已成为锂离子电池研究的焦点。在价格低廉和不污染环境的基础上,具有不同形貌和晶体结构的铁的一元和二元氧化物,如Fe2O3,Fe3O4,ZnFe2O4,CoFe2O4和NiFe2O4等,都得到了不同程度的研究,并被提出作为锂离子电池负极材料的候选。其中尖晶石结构的ZnFe2O4由于具有较高的理论比容量而备受青睐。但是ZnFe2O4作为一种氧化物电极材料,也同样具有导电性差和充放电循环过程中材料团聚等问题。
   基于纳米技术和复合技术的优势,本论文制备了不同形貌的ZnFe2O4纳米材料,并将之与石墨烯进行复合,提高了ZnFe2O4负极材料的导电性,也有效地改善了ZnFe2O4电极材料循环过程中的团聚问题。
   论文主要进行了以下几个方面的工作:
   1、采用水热法和溶剂热法分别制备了不同形貌的颗粒状和球状ZnFe2O4纳米材料。初步探讨了不同热处理温度对产物形貌、结构和电化学性能的影响,以及不同形貌结构对ZnFe2O4电极材料电化学性能的影响。结果表明,600℃热处理后的ZnFe2O4电极材料电化学性能最好,并且发现纳米球形貌的ZnFe2O4比纳米颗粒形貌的ZnFe2O4具有更高的比容量和更稳定的循环性能。
   2、采用溶剂热法一步合成了ZnFe2O4/石墨烯复合纳米材料。探讨了不同石墨烯含量(5wt%、10wt%和15wt%)对ZnFe2O4电极材料性能的影响。电化学性能测试结果表明,石墨烯含量为10wt%的ZnFe2O4/石墨烯复合纳米材料具有更高的比容量和更稳定的循环性能。

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