Cr2O3碳复合材料合成及储锂研究

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1、学校代号10532学号S150700528分类号O469密级不保密硕士学位论文Cr2O3碳复合材料合成及储锂研究学位申请人姓名项洋培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称马建民副教授学科专业物理学研究方向锂离子电池材料论文提交日期2018年5月学校代号：10532学号：S150700528密级：不保密湖南大学硕士学位论文Cr2O3碳复合材料合成及储锂研究学位申请人姓名项洋导师姓名及职称马建民副教授培养单位物理与微电子科学学院专业名称物理学论文提交日期2018年5月论文答辩日期2018年5月答辩委员会主席王玲玲Cr2O3carbo

2、ncompositessynthesisandresearchonlithiumelectricalpropertiesByXIANGYangB.S.(PingdingshanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinPhysicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorMAJianminMay,2018C

3、r2O3碳复合材料合成及储锂研究摘要锂离子电池作为一种可再生的环境友好型储能装置，目前已经被广泛的应用在各种便携式电子产品当中。近几年随着家用轿车的剧增和大气环境的污染，锂离子电池已经作为动力电池应用在汽车上，人们对锂离子电池的能量密度、安全性能和使用寿命提出了更高的要求，所以科研者们为了提高锂离子电池的性能一直在不断地努力着。提高锂离子电池性能的方法主要在于电极材料性能的提升，因此提高锂离子电池性能的关键是研究出性能优异的正、负极材料。商业化负极材料（石墨碳）的比容量相对较低（372mAhg-1），而过渡金属氧化物已被证明具有很

4、高的可逆容量，大约是石墨碳的2~5倍，并且廉价易得，逐渐受到了人们的广泛关注。然而它们也普遍具有一些缺点，比如存在导电性能差、可逆容量低和循环稳定性差等问题。因此，在本论文中我们针对碳材料和过渡金属氧化物各自的优点，采用不同的方法制备了C和Cr2O3的复合材料，提高了三氧化二铬作为锂离子电池负极材料的电化学性能。具体的研究工作如下：（1）我们采用聚乙烯吡咯烷酮作为碳源同时加入石墨烯增加导电性，利用通过喷雾干燥法将铬盐包覆在碳球与石墨烯之中。创新点在于我们利用了NH4Cl的分解特性，将它与铬盐一起进行包覆。当材料在620℃下管式炉中

5、进行碳化时NH4Cl便会完全分解，便会形行成中空的碳球结构。最终我们制备出了空心核壳结构的复合材料Cr2O3@C@G。我们用TEM观察后，可以很清晰的看出其空心结构。另外我们分别对碳化前后的材料进行了XRD的表征，发现碳化前材料含NH4Cl碳化后不含NH4Cl，这很好的说明了NH4Cl在制备材料时的关键作用。在电流密度0.1Ag-1下经过120个循环后电池的容量保持在648mAhg-1。甚至在电流密度1Ag-1下经过600个循环，电池的容量仍然可以保持在347mAhg-1。这种杰出的电化学表现性主要得益于Cr2O3@C@G材料的特

6、殊形貌。（2）我们采用静电纺丝的方法，将Cr2O3包覆在碳纤维之中，制备了无粘结剂的电极材料Cr2O3@C。既增加了电极材料的导电性，又很好的抑制了充放电过程中Cr2O3的体积效应。研究表明Cr2O3@C复合材料具有更优异的循环特性并且有较高的比容量。在0.1Ag-1电流密度下经过150个循环后电池的容量保持在590mAhg-1。我们用SEM观察了循环后的电极材料，发现纤维仍然保持着较高的完整度，充分的解释了Cr2O3@C复合材料能进行长循环的原因。关键词：锂离子电池；Cr2O3；负极材料；喷雾干燥；静电纺丝II硕士学位论文Abs

7、tractAsanenvironmentallyfriendlyrenewableenergystoragedevice,Lithium-ionbatteries(LIBs)havebeenwidelyusedinvariousportableelectronicproducts.Inrecentyears,withtherapidincreaseofhouseholdvehiclesandatmosphericpollutionLIBshavebeenusedaspowerbatteriesincars.Peoplehavehi

8、gherrequirementsforenergydensity,safetyperformanceandservicelifeofLIBs.soresearchershavebeenworkinghardtoimprovetheperforman