铁基氧化物及其与石墨烯复合材料的制备和电化学性能研究
目录
摘要........................................................................................................................................... I ABSTRACT ................................................................................................................................ I 目录......................................................................................................................................... V 1 绪论. (1)
1.1引言 (1)
1.2 锂离子电池简介 (1)
1.2.1 锂离子电池工作原理及其基本构造 (2)
1.2.2 锂离子电池电极材料 (3)
1.3 锂离子电池负极材料研究进展 (3)
1.4 铁基氧化物负极材料的研究进展 (5)
1.4.1 铁基氧化物的储锂机制 (5)
1.4.2 铁基氧化物的制备方法 (6)
1.5 铁基氧化物负极材料存在的问题及其改性研究 (8)
1.5.1 铁基氧化物纳米化及形貌控制 (8)
1.5.2 铁基氧化物与碳复合 (12)
1.6 选题依据及研究内容 (13)
参考文献 (16)
2 铁基氧化物纳米盘的可控合成及其电化学性能研究 (21)
2.1 引言 (21)
2.2 实验试剂与实验仪器 (21)
2.3 材料的表征手段 (23)
2.4 样品的合成 (23)
2.4.1 Fe2O3纳米盘的合成 (23)
2.4.2 多孔Fe2O3纳米盘的制备 (24)
2.4.3 多孔Fe3O4纳米盘的制备 (24)
V
2.5 电极片制备和电化学测试 (24)
2.6 影响Fe2O3纳米盘形貌和尺寸因素 (25)
2.6.1 温度对形貌的影响 (25)
2.6.2 尿素含量对形貌的影响 (27)
2.6.3 水量对Fe2O3纳米盘尺寸的影响 (28)
2.7 Fe2O3纳米盘的形成机理 (29)
2.7.1 尿素对氧化铁纳米盘形貌的影响 (29)
2.7.2 丙三醇对氧化铁纳米盘形貌的影响 (29)
2.7.3 氧化铁纳米盘的生长过程 (30)
2.8 多孔Fe2O3纳米盘的表征和电化学性能研究 (31)
2.9 多孔Fe3O4纳米盘的表征和电化学性能研究 (34)
2.10 本章小结 (37)
参考文献 (39)
3 Fe2O3纳米片与RGO复合物的制备及其电化学性能研究 (41)
3.1 引言 (41)
3.2 实验部分 (42)
3.2.1 实验试剂和仪器 (42)
3.2.2 样品的制备 (43)
3.2.3 电极的制备及电化学性能测试 (44)
3.3 结果与讨论 (44)
3.3.1 材料晶型结构分析 (44)
3.3.2 材料形貌分析 (45)
3.3.3 材料的热分析图 (46)
3.3.4 材料的Raman光谱分析 (46)
3.4 材料的电化学性能测试 (47)
3.4.1 循环伏安测试 (47)
3.4.2 倍率性能和循环性能测试 (48)
3.4.3 交流阻抗测试 (49)
3.5 本章小结 (50)
VI
参考文献 (51)
4 利用H2O2制备Fe3O4与石墨烯的复合物及电化学性能研究 (53)
4.1 前言 (53)
4.2 H2O2对形貌和电化学性能的影响 (53)
4.2.1 实验部分 (53)
4.2.2 结果与讨论 (54)
4.3 H2O2的量对形貌和电化学性能的影响 (56)
4.3.1 实验部分 (56)
4.3.2 结果与讨论 (57)
4.4 本章小结 (62)
参考文献 (64)
5 结论 (65)
致谢 (67)
VII
VIII
1 绪论
1 绪论
1.1引言
随着全球经济快速发展和人口不断地增加，人们对能源的需求日益增长。而传统能源煤、石油、天然气等不可再生能源日益枯竭，然而这些传统能源在开采和燃烧过程中对环境造成了严重的污染。为了满足人类社会可持续发展的需要，人们把目光投向了绿色无污染的可再生的能源，不断寻找各种新能源来代替传统能源，例如太阳能、风能、地热能和潮汐能等可再生的清洁能源。然而这些清洁可再生能源的发展存在一些问题，例如效率低，稳定性差以及电流输出不稳定不连续等等。因此人们对清洁能源的转换和存储有一个迫切的需求，并开始开发高性能的能量转换和存储装置。这种装置则用于功率高的动力车，例如，电动汽车，混合型动力汽车和燃料电池电动汽车。现实中的动力车能量密度低，循环性能差，花费高，充电时间比较长。随着电动汽车的发展，人们需要功率和能量密度低，循环寿命长和充电时间短的能量储存装置。然而太阳能电池，锂离子电池和超级电容器能够满足发展高性能能量装置的需要。
与其他二次电池相比，锂离子电池具有工作电压平台高，能量密度大，无记忆效应，成本低廉，污染小、安全性好等优点[1-6]。广泛应用于便携式电子设备（手机，笔记本电脑），并在下一代电动汽车的发展中，具有很大的应用潜力[7]。
1.2 锂离子电池简介
锂电池和锂离子电池是20世纪开发成功的新型高性能电池。锂原电池负极是金属锂或者锂合金，正极是MnO2、SOCl2、(CF)n等材料[8]。20世纪70年代，锂原电池实现商品化，并且广泛应用于军事和民用小型电器中。但这种电池的自身存在局限性，大大限制了其应用，所以人们开始研发锂可反复使用的二次电池。金属锂二次电池由于负极金属锂容易产生锂枝晶，在充放电过程中容易发生爆炸。因此，人们开始研发可以自由嵌入、脱出的锂离子电极材料来代替金属锂，解决了锂枝晶和锂阳极钝化问题。
1980年，Armand首次提出了“摇椅式电池概念”，让嵌锂化合物充当锂二次电池
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