锡基石墨烯复合材料储能特性研究

摘要

钠离子电池由于具有比能量高、工作温度范围宽以及循环寿命长等优点而备受关注。电极材料对钠离子电池的性能起到了决定性作用，尤其是负极材料。目前，钠离子电池负极材料多为硬碳，但是硬碳的比容量较低，并不能满足大规模存储系统的应用。因此，研究开发钠离子电池负极材料变得尤为重要。 本文主要对锡基负极材料进行研究，相比于碳基负极材料低的比容量，锡基负极材料显示出了很大的优势。但是锡基化合物有几个不可避免的问题，即低电导率和充放电过程中较大的体积膨胀。为了有效地缓解上述问题，本文设计并制备了二氧化锡纳米棒/三维石墨烯阵列电极(SnO2/GF)和二硫化锡纳米片/垂直石墨烯阵列结构电极(SnS2/VG)。 本文分别通过一步水热法和溶剂热法制备了SnO2/GF纳米棒和SnS2/VG纳米片两种阵列结构。GF和VG的加入能够明显的增加两种锡基化合物的电导率，同时形成的三维阵列结构能够充当一个缓冲矩阵，抑制纳米颗粒在充放电过程中的体积膨胀。此外，阵列结构能够有效地增加材料的比表面积，为钠离子/锂离子的嵌入提供了更多的活性位点。SnO2/GF纳米棒阵列作为钠离子电池负极时，测试电流密度为40mA g-1下，首圈比容量高达445mAh g-1，随后的库伦效率接近于100％,其循环性能和倍率性能要优于锂离子电池。SnS2/VG纳米片阵列电极用作钠离子电池负极时，电流密度40mA g-1下，首圈容量可达750mAh g-1，远高于其用作锂离子电池负极时的容量，同时，倍率性能也更加优异。 此外，我们对纯粉末和复合材料进行了阻抗分析对比，结果表明复合材料的阻抗远小于纯粉末的阻抗，电极材料的阻抗发生明显减小，说明GF和VG的加入对材料的性能提升发挥了至关重要的作用。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 钠离子电池研究背景

1．2 钠离子电池特点及工作原理

1．3 钠离子电池的应用前景

1．4 钠离子电池负极材料研究进展

1．4．1 碳基负极材料

1．4．2 金属或合金负极材料

1．4．3 金属氧／硫化物负极材料

1．4．4 非金属单质负极材料

1．4．5 钛酸盐负极材料

1．4．6 有机负极材料

1．5 锡基负极材料的研究进展

1．5．1 锡基氧化物

1．5．2 锡基硫化物

1．5．3 锡基磷化物

1．6 本论文研究目的和意义

第2章 实验材料与方法

2．1 实验药品和仪器

2．2 电池制备

2．2．1 电极制备

2．2．2 电池的组装

第3章 SnO2／石墨烯复合材料的制备和储能特性

3．2 SnO2／GF纳米棒阵列特性研究

3．2．1 SnO2／GF纳米棒阵列的结构表征

3．2．2 SnO2／GF纳米棒阵列储锂性能研究

3．2．3 SnO2／GF纳米棒阵列储钠性能研究

3．3 本章小结

第4章 SnS2／石墨烯复合材料的制备和储能特性

4．1 SnS2／VG纳米片阵列制备过程

4．2 SnS2／VG纳米片阵列特性研究

4．2．1 SnS2／VG纳米片阵列的结构表征

4．2．2 SnS2／VG纳米片阵列储锂性能研究

4．2．3 SnS2／VG纳米片阵列储钠性能研究

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢