关键词： SnO2@C   锂离子电池负极材料   海藻酸钠   PVDF   锂离子扩散系数  

摘要： 目前商业化的锂离子电池负极材料通常为碳系材料,如石墨,中间相碳微球等。它们的比容量较低,而且结构不够稳定,经不起大电流充放电。所以虽然现阶段的锂离子电池已经基本满足便携小型设备的需要,但电动车所需的大型动力锂离子电池所用材料仍需我们科研人员改进和研发。 二氧化锡(SnO2)属于金属氧化物,相对于石墨(372mAh/g)拥有二倍多的比容量(782mAh/g),是一种有潜力取代石墨的动力锂离子电池负极材料,但金属氧化物作为锂离子电池负极材料都有一个共同的缺陷：循环性能较差。而造成金属氧化物材料循环寿命短的原因就是它在充放电过程中会产生剧烈的体积变化(充满电时膨胀300%),反复的体积剧烈变化会造成活性材料粉化并与导电基底脱离,晶体结构破坏等严重后果,而在大电流充放电的状态,这种崩溃将会更快发生。克服金属氧化物体积膨胀带来的灾难性后果是目前科学研究者研究的重点。并且,金属氧化物本身的电导率不高,这也影响了它的高倍率充放电性能。人们尝试了很多方法来改善这些缺点,如制作中空的纳米球形貌的SnQ,在纳米级SnO2周围包覆上一层无定形碳缓冲层,量子点SnO2等,纳米结构的SnO2与无定形碳缓冲层确实在一定程度上减轻了SnO2的体积膨胀效应,并且提高了传统SnO2的比表面积,缩短了锂离子扩散路径,提高了电导率。但这些方法并未完美的解决这一问题,SnO2循环寿命仍然在50圈以内。 第一章简要介绍了当今锂离子电池商业以及科研上的大背景,给出了常见锂离子电池材料的电势排列图以及商业锂离子电池的工作原理图。然后针对每一种类型的最常见的电极材料的优缺点,需要改进的方向进行了介绍。详细解释了电解液中两个重要的分类：液体电解液和聚合物电解质的区别以及联系,实验室最常用的液体电解液的成分和发展历史用一张图表展示了出来。关于锂离子电池的粘合剂,虽然在锂电领域人们常常目光都集中在电极材料的优化或者发现新材料上,但实际上通过改变电极材料的粘合剂,有时能够起到更大的提升电池性能的作用,在这里介绍了传统锂离子电池粘合剂的优缺点,同时也介绍了在文献中出现的一些新兴粘合剂的性能效果,可以为本文中的海藻酸钠性能效果作比较以及铺垫。 第二章介绍扣式锂离子电池的组成部分,详细说明了实验室工作电极的制作方法,扣式锂离子电池的组装方法,并制作了以石墨为负极的扣式锂离子电池,讨论制作性能最佳扣式电池的工艺手法。 第三章用一步水热法合成了SnO2@C复合结构的纳米材料,对材料进行了SEM, TEM,拉曼光谱,热重分析等充分的表征,结果确定SnO2(?)C微观结构是由质量含量33%的无定形碳包覆的20纳米SnO2小颗粒结构。将SnO2(?)C用450℃退火4小时之后可以清晰的看到SnO2纳米小颗粒。SnO2(?)C作为活性材料制作成锂离子扣式电池测试性能,通过恒电流充放电,循环伏安法,交流阻抗谱图等,我们可以看到本文中一步水热法制作的SnO2(?)C的性能类似于其他文献中的SnO2(?)C类材料(50圈之后剩余约250mAh/g)。然而在改用海藻酸钠作为电极材料粘合剂之后,SnO2(?)C展现出了令人振奋的性能提升,不仅首圈放电容量达到了700mAh/g,在循环50圈之后还仍然保有600mah/g以上的比容量。从交流阻抗谱上可以看出造成负极性能大幅度提升的主要原因就是海藻酸钠粘合剂制作的电极片比起传统的PVDF粘合剂电极片高20倍的锂离子扩散系数,同时电荷转移电阻低了4倍。并且海藻酸钠形成的膜本身具有较高的空隙率,理论上完全可以克服SnO2的体积膨胀。

关键词： 锂电池   二氧化钼   碳化钼   酚醛树脂   锂化机理   原位XRD  

摘要： 二氧化钼（MoO2）具有导电性好、稳定性高和理论容量高等优点，是目前锂离子电池负极材料研究的热点材料之一。但是，二氧化钼的实际充放电比容量很低。这是由于在充放电过程中，二氧化钼初步锂化形成的低导电性的Li0.98MoO2阻止了二氧化钼的进一步锂化。同时，由于充放电过程中二氧化钼有很大的体积膨胀，使得二氧化钼的循环性能也很差。更重要的是，不同于一般的金属氧化物，二氧化钼的充放电比容量在前30个循环会有一个增加的过程。这个不寻常的现象在目前文献中还没有得到很好的解释，一般被简单的认为是电极材料活化的过程。因此，本文主要的工作包括以下几方面： （1）通过引入多级孔结构来提高二氧化钼充放电过程中锂离子和电子的传输速率和二氧化钼材料结构的稳定性，从而提高二氧化钼的充放电容量和改善其循环性能。本文中以介孔碳CMK-3为模板剂和还原剂，用一步碳热还原法合成了二氧化钼纳米管。在深入研究了不同三氧化钼和CMK-3的质量比，煅烧的温度和时间对于二氧化钼结构和形貌影响的基础上，研究了这些因素对二氧化钼电化学性能的影响。研究表明：当三氧化钼和CMK-3的质量比为10:1、煅烧温度为820°C、反应时间为90分钟时合成出的二氧化钼纳米管具有最好的循环性能和倍率性能。在电流密度为100mA g-1下充放电70圈之后，二氧化钼的放电比容量仍有720mAh g-1。 （2）在含有多级孔结构二氧化钼纳米管的基础上，通过引入具有高导电性的碳化钼（Mo2C）进一步提高二氧化钼的充放电比容量和改善其循环性能。仍然采用一步碳热还原法，通过控制前驱物三氧化钼和CMK-3的比例成功合成了具有多级孔结构的MoO2/Mo2C纳米管。研究了不同二氧化钼和碳化钼的质量比对二氧化钼和碳化钼复合材料的循环性能和倍率性能的影响。研究表明，在碳化钼含量为30%时，二氧化钼和碳化钼复合材料具有最高的充放电比容量和最好的循环性能和倍率性能。在电流密度为200mAg-1下充放电100圈之后，二氧化钼和碳化钼复合材料的放电比容量仍有790mAh g-1。 （3）通过原位碳包覆的方法来提高二氧化钼的导电性，从而提高二氧化钼的充放电比容量和循环性能。采用新颖的模板辅助法来达到原位碳包覆的目的。本文中以甲醛和间苯二酚为软模板剂，在水热条件下与四水合七钼酸铵（AHM）作用首先得到三氧化钼（MoO3）/酚醛树脂的球型复合物。再将此三氧化钼酚醛树脂复合物在氮气保护下的管式炉中煅烧后获得刺状球型二氧化钼/碳复合物。研究了不同酚醛树脂与AHM质量比和煅烧温度对于二氧化钼/碳复合物的形貌和电化学性能的影响。研究表明，在加入的间苯二酚质量为3.20g、AHM质量为3.09g、甲醛溶液为7mL、煅烧温度为600°C时所合成的二氧化钼/碳复合物具有最好的循环性能和倍率性能。在电流密度为1.0A/g下循环400圈后，二氧化钼/碳复合物的充放电比容量仍有520mAh g-1。 （4）二氧化钼材料在进行前30圈充放电时，充放电比容量会逐渐上升。这个不同于一般金属氧化物材料的现象，一般被解释成二氧化钼电极材料逐渐活化的过程。本文中利用原位XRD技术，观察了在充放电过程中电极材料的物相变化。通过研究所得的XRD谱图和二氧化钼结构的特点，发现二氧化钼前30圈充放电比容量上升是由于二氧化钼锂化机制的转化所引起的。二氧化钼通过脱嵌机制首先形成Li0.98MoO2，这个过程高度可逆。在充放电循环过程中，少量的Li0.98MoO2通过转化机制转化为Mo和Li2O。经过30圈循环后，二氧化钼通过转化机制与Mo和Li2O进行高度可逆的充放电过程。

关键词： 共轭基团   芴类衍生物   铃木反应   谱学性质   电化学   锂电池负极材料  

摘要： 芴及其衍生物是一类非常重要的有机荧光材料。芴及其衍生物因其卓越的电学性能和光学性能，同时在结构上极易被改造，可以得到我们的目标性能分子，使其广泛应用于在电致发光、光致发光、激光器件、催化材料、磁性材料、光伏电池、发光二极管、生物传感器器件、生物医学和吸附等方面。 当前，改善和提高芴及其衍生物的综合光电性能，主要采用制备小分子的芴类衍生物。其中，结构明确的小分子芴类衍生物发光材料，其性能与结构之间呈现直接正交关系，也比较容易控制其实验过程。与此同时，锂电池的负极材料采用有机化合物是比较新颖的研究方向。芴类衍生物基于较好的稳定性与能隙带，可作为负极材料的一类可用材料。 本文以2,7-二溴芴有机化合物为原料，合成出中间体，然后选择合适的含有拉电子基的硼酸化合物与中间体合成出了一系列的新型大环芴类衍生物。利用红外，核磁共振等表征手段，确定了这些化合物的结构。并利用各种方法对目标有机物进行性能测试和作为锂电池负极材料进行了研究。本研究论文共分为四章。 第一章，简要介绍了本课题的研究背景，发光材料的前生今世以及芴及其衍生物荧光材料的发展与应用，着重对含吸电子基团的芴类衍生物研究现状与应用进行了简要的阐述。最后对所选课题的选题意义和技术路线进行了较为详细的介绍。 第二章，成功合成了三种芴类衍生物，但9,9-二乙基-2,7-二(5-嘧啶基)芴合成失败。实验以Suzuki反应为合成实验的桥梁，用已购得有机原料2,7-二溴芴，在前人成熟的实验合成方法，得到所要的进一步合成物质的中间体9,9-二乙基-2,7-二溴芴，将中间体分别于四种含有不同拉电子基的硼酸化合物进行反应合成新的大环芴类衍生物，成功合成出9,9-二乙基-2,7-二(3,4,5-三氟基苯基)芴；9,9-二乙基-2,7-二(4-氰基苯基)芴；9,9-二乙基-2,7-二(4-三氟甲基苯基)芴。此外还得到9,9-二乙基-2,7-二(3,4,5-三氟基苯基)芴的单晶。利用红外，核磁共振确定所合成的物质皆为目标产物。 第三章，将目标产物进行紫外-可见吸收光谱测试，荧光发射光谱测试，热性能测试，X-射线粉末衍射测试，电化学性能测试以及作为锂电池负极材料性能测试进行了讨论。部分产物进行单晶衍射测试结构。在极性溶剂中它们均可以发生双荧光行为。热重测试与X-射线粉末衍射测试证明目标产物具有较高的热稳定性。作为锂电池负极材料，显示较高充放电电比容量，尤其是目标产物2即9,9-二乙基-2,7-二(4-氰基苯基)芴拥有稳定的效率和充电比容量。 第四章，对论文的内容进行逐章概括总结，然后完善的课题衍生出的研究工作，最后展望了三种新型含共轭基团芴类衍生物潜在的应用领域。

关键词： 四氧化三铁   顺磁性   疏水亲油性   α-氧化铁   锂电池负极材料   四氧化三锰  

摘要： 铁氧化物作为一种环保材料,在地球上分布非常广泛且储量丰富。同时,铁氧化物的研究也吸引了众多研究者的目光,尤其是在环境净化和新能源领域具有重要的应用前景。本论文首次利用L-Cys(L-半胱氨酸)作为还原剂,一步法制备了磁性Fe3O4纳米粒子,并利用十八酸(SA)对其进行改性制备了Fe3O4@SA核壳结构的纳米复合物,研究其疏水亲油性能与应用;制备了片状的α-Fe2O3和α-Fe2O3复合物,并将其作为锂电池的负极材料,对其进行电化学性能的研究。 具体研究内容如下： 1、利用L-Cys作为还原剂,在无惰性气体保护下部分还原Fe3+,制备了球形的Fe304顺磁性纳米粒子。我们以反应温度和还原剂的比例为主要参数设计对比试验,探索反应的最佳条件。结果表明,当Fe3+/L-Cys的摩尔比为1：2.14,反应温度为80℃时,产物呈黑色,磁性最强。经过SA修饰后得到的Fe3O4@SA疏水亲油性能优异,能很好地分散在有机溶剂中形成磁流体,还可用于除去水面上的油污;并能用LB技术将Fe3O4@SA在水面形成均一的单分子膜或制备LB膜,在磁记录等方面有着重要的潜在应用价值。 2、用溶剂热法合成了米粒状、盘状以及片状结构的α-Fe2O3。将其作为锂电池负极材料,充放电测试表明,米粒状的α-Fe2O3首次放电比容量为789mAh/g,但是循环性能比较差;而片状α-Fe2O3首次放电比容量达到819mAh/g,第二次放电比容量为426mAh/g,因为片状结构比表面积较大,所以20次循环后的放电比容量仍能维持在354mAh/g,因此片状的α-Fe2O3比米粒状α-Fe2O3在可逆容量和循环寿命上均有较大的提高。 3、将第二章L-Cys部分还原法制备的较小直径的Fe3O4纳米粒子分散在KMnO4和乙醇、乙二醇体系中,通过溶剂热法合成了α-Fe2O3/Mn3O4纳米复合物。将产物用作锂离子电池负极材料进行充放电性能测试,首次放电比容量达1558mAli/g,20次循环之后放电比容量仍能达到528mAh/g,比上一章制备的α-Fe2O3表现出更高的比容量和更优异的循环性能,可见两种无机物的复合提高了锂电池负极材料的电化学性能。

关键词： 锂离子电池   SnO2   多孔疏松纳米球   负极材料   电化学性能  

摘要： 在不使用模板和表面活性剂的前提下,利用水热法成功制备出了具有多孔疏松结构的SnO2纳米球,该球体是由无数个小的纳米颗粒组装而成的。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射(SAED)等对所得产物的晶体结构和形貌进行了表征,同时也对其作为锂离子电池负极的电化学性能进行了系统的研究。

关键词： 负极材料   SiO   锂电池   锂离子充电电池   性能   生产   科技   大阪  

摘要： 当前锂离子充电电池负极材料多采用石墨，其理论容量为372mA-h儋，实际运行中为360mA·h／g，且基本接近极限。

关键词： 锂离子电池   负极材料   β-Mn2V2O7   溶胶凝胶法  

摘要： 采用溶胶—凝胶法成功制备了棒状β-Mn2V2O7锂电池负极材料。结果表明,合成的β-Mn2V2O7的纯度高、形貌规整有序,首次放电比容量达590mAh/g,40圈内容量较第二圈基本没有衰减。

关键词： 负极材料   人造石墨   石墨化   平板电脑   炭素材料   石墨坩埚   联系方式   回收再生   炼钢过程   应用领域  

摘要： 一、成果分类新材料二、成果适用地区北京、河北、山东、重庆、四川三、成果来源自主开发四、项目简介近年来由于超薄轻便的智能手机、平板电脑等设备的迅速发展。

关键词： 负极材料   钛酸锂   固相法   电化学性能  

摘要： 以碳酸锂和二氧化钛为反应原料,采用液相混合分散-雾化干燥和一次煅烧法制备钛酸锂负极材料。通过XRD、SEM、TG-DSC和电性能测试,研究了煅烧温度、碳包覆量对材料结构和电化学性能的影响。结果表明:固定配比为n(Li):n(Ti)=0.75,在800℃下煅烧制备的钛酸锂放电容量最高。0.2C倍率下,碳的包覆量为3%时,材料的首次放电容量为160mAh/g。

关键词： 锂离子电池   负极材料   石墨烯   制备   综述  

摘要： 石墨烯因其高导电、导热效应等而备受储能领域的关注,其复合材料用作锂离子电池负极材料时显著提升了锂离子电池的电化学性能。综述了石墨烯的制备方法及石墨烯基复合负极材料的研究进展。