钴、铁氧化物/石墨烯-纳米碳管复合材料的制备及储锂性能研究

摘要

自从过渡金属氧化物被发现可用于锂离子电池负极材料，其理论比容量高，制备简单、无污染的特点一直成为研究的热点。但其易团聚、电导率低的特点使研究的重点转向与碳材料进行复合来获得颗粒均匀、粒径小的金属纳米颗粒的研究中。本论文探索以石墨烯-纳米碳管三维碳材料作为负载材料，在其表面获得均匀的钴、铁氧化物纳米颗粒，从而提高锂离子电池的循环性能以及倍率性能。主要研究内容如下：
　　（1）以膨胀石墨和四水合醋酸钴为原料，通过水热法制备了钴氧化物/多层石墨烯催化剂，采用化学气相沉积法制备了石墨烯-纳米碳管三维碳材料，并对其微观结构进行了表征。
　　（2）以石墨烯-纳米碳管三维碳材料和四水合醋酸钴为原料，通过水热法制备了钴氧化物/石墨烯-纳米碳管复合材料。研究了钴离子的掺杂量对产物的形貌以及储锂性能的影响。对复合材料进行了微结构表征以及电化学性能测试。研究结果表明，随着钴离子掺杂量的增加，形成了片状钴氧化物覆盖在三维碳材料表面，增大了电极材料与电解液的接触面积，提高了锂离子电池的储锂性能。在电流密度为100mAg-1下循环充放电40次，可逆比容量达到677mAhg-1。
　　（3）通过水热法制备了铁氧化物/石墨烯-纳米碳管复合材料。研究了不同基底以及铁氧化物在石墨烯-纳米碳管三维碳材料上的负载量对锂离子电池储锂性能的影响。对复合材料进行了微结构表征以及电化学性能测试。研究结果表明，在高倍率下比纯Fe2O3材料和石墨烯基底材料具有更高的可逆容量和循环稳定性，在大电流密度500mAg-1下循环50周后的容量可以达到500mAhg-1。通过减少铁氧化物在三维碳材料上的负载量，有效的提高了电极材料的储锂性能，在电流密度为100mAg-1下循环充放电40次，可逆比容量达到780mAhg-1。

目录

声明

第1章 绪论

1.1引言

1.2锂离子电池的发展历史及工作原理

1.3锂离子电池的正极材料

1.4锂离子电池负极材料

1.5铁氧化物以及钴氧化物的研究进展

1.6本论文研究目的及研究内容

第2章 实验方法

2.1引言

2.2实验材料及仪器

2.3材料微结构表征方法

2.4电化学测试

2.5本章小结

第3章 石墨烯-纳米碳管三维碳材料的制备

3.1引言

3.2多层石墨烯表面负载钴氧化物的制备及表征

3.3多层石墨烯表面负载钴氧化物的实验结果与分析

3.4石墨烯-纳米碳管三维碳材料的制备及表征

3.5石墨烯-纳米碳管三维碳材料的实验结果与分析

3.6本章小结

第4章 钴氧化物/石墨烯-纳米碳管复合材料的制备及其储锂性能

4.1引言

4.2钴氧化物/石墨烯-纳米碳管复合材料的制备及表征

4.3钴氧化物/石墨烯-纳米碳管材料复合材料的实验结果与分析

4.4本章小结

第5章 铁氧化物/石墨烯-纳米碳管复合材料的制备及其储理性能

5.1引言

5.2 Fe2O3/石墨烯-纳米碳管复合材料的制备及性能分析

5.3不同铁氧化物含量的复合材料的储锂性能研究

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录