碳纳米管与金属氧化物复合材料的制备及储锂性能的研究

【摘要】碳纳米管作为新型的碳材料，拥有超强柔韧性、硬度和导电性能，不仅能够储锂，同时还具备良好的锂离子和电子的传输性能，在锂离子电池工作时，能够为锂离子和电子的传输提供快速的通道，但是单纯的碳纳米管在容量方面并不理想。金属氧化物由于其优良的容量特性，已经在储能方面开始研究，有望成为锂离子电池重要的电极材料，但是一般金属氧化物类的电极材料的导电率很低，面对大范围的锂离子动力电池的应用，还需要进一步的改进。将碳纳米管和金属氧化物类的材料复合在一起，制备出的新型复合材料，能够结合两种材料的优点，同时具有良好的导电性和高容量的特性，这将成为锂离子电池材料的一种新思维。本文的工作重点是设计合成出两种新型的复合材料，对材料的合成、形貌表征、电化学性能测试进行研究分析。内容如下：一、Fe3O4@C/CNT材料1、通过恒温油浴加热的方法在用酸处理过的CNTs表面生长FeOOH中间体，调整中间体生长的PH值、溶剂、温度和反应时间，直到得到的产物形貌与设想的形貌相同。再通过葡萄糖水热的方法对中间产物外表面包覆碳层，这一过程探索葡萄糖浓度、水热反应时间、水热反应温度对产物形貌的影响，经大量实验论证得出最佳的条件，得到产物FeOOH@C/CNT。最后将得到产物FeOOH@C/CNT经N2气保护烧结得到目标产物Fe3O4@C/CNT，探究出烧结最适合的温度、时间和升温程序。2、对复合材料进行XRD、Raman、SEM、TEM、BET和热重分析等形貌分析，证实得到的复合结构的产物与实验设计初期相同，为类似葡萄串状的复合材料，并且在材料表面包覆着碳层。通过循环伏安、交流阻抗、充放电循环等电化学性能测试，结果显示复合材料Fe3O4@C/CNT与Fe3O4@C对比性能优良，300mAg-1电流密度充放电，200次循环后，容量仍维持在693mAhg-1。二、Li4Ti5O12@TiO2/CNT材料1、在CNTs表面，利用钛酸异丙酯水解的方法，均匀包覆一层二氧化钛，不断改进探索最佳的反应时间、温度和浓度等条件。利用水热的方法向得到的中间产物TiO2/CNT中嵌入锂离子。最后经过煅烧结晶得到目标产物。2、对复合材料进行XRD、SEM和热重分析等形貌分析，证实得到的复合结构的产物与实验设计初期相同，为核壳结构的Li4Ti5O12@TiO2/CNT。再通过通过循环伏安、交流阻抗、充放电循环等方法对复合材料进行电化学性能分析，结果显示不同倍率1C、2C、5C、10C条件下容量分别为135mAhg-1，130mAhg-1，126mAhg-1，122mAhg-1。在5C高倍率条件下100次循环后容量仅有少量衰减。
【作者】刘建中；
【导师】高立军；倪江锋；
【作者基本信息】苏州大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】碳纳米管；金属氧化物；复合材料；储锂；锂离子电池；

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