二氧化锡碳基纳米复合材料的制备、表征及锂离子电池性能的研究-物理学专业论文.docx

湘潭大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 锂离子电池负极材料主要分为碳负极材料、锡基负极材料、还有过渡金属氮化 物负极材料等。二氧化锡作为一种绿色无毒、自然界储量丰富、有较高的理论比容 量的优秀半导体材料，它的制备方法简单，有小的氧化电位，近年来被广泛的应用 在气体传感器和锂离子电池负极材料的研究中。石墨烯作为碳材料的一种，拥有好 的导电性和卓越的力学性能，它的问世引起了全世界的研究热潮。本文对二氧化锡/ 碳纳米结构进行了制备、表征及锂电性能的研究，探索其在能量储存上的应用潜力 和对这种复合材料工作机理进行了分析。主要内容如下： 1．采用真空抽滤法和化学还原法成功地制备了片状二氧化锡/石墨烯纳米复合 物材料。采用扫描电子显微镜、X 射线衍射和拉曼光谱详细研究了这种复合纳米材 料的形貌和结构组成。作为一个高功率高能量电池的负极材料，这种混合的纳米结 构可以直接地应用在可充电的锂离子电池之中而不需要添加粘结剂、导电剂和普通 的集电器。由于这种先进的结构特征，这种复合物展现出非常强的协同效应，使得 锂离子电池具有极高的能量储存稳定性，其在 100 次充放电循环后仍然能达到 550 mAh g-1 左右的比容量。 2．采用单喷口静电纺丝装置成功地制备了二氧化锡/碳复合纳米管状结构。从 扫描电子显微镜、透射电子显微镜的图片可以清晰的看到复合纳米管的管口和管内 部的空心结构。该制备方法使用相分离的原理，使得纺出的纳米纤维的芯与壳层物 质由于不互溶而分离。同时，该方法也解决了以前实验中复合物产量低的缺点。将 这种复合管状结构制成锂离子电池，进行电化学性能测试。测试结果发现，在 200 mA g-1 的电流密度下循环 100 次后其可逆电容量仍然能够维持在 600 mAh g-1 左右，并 且这种材料拥有非常好的倍率放电性能，在 4000 mA g-1 的电流强度下，比容量维持 在 300 mAh g-1 左右。 关键词： 锂离子电池；二氧化锡；石墨烯；储锂性能； I Lithium ion battery anode materials are divided into carbon anode materials, tin based anode materials and transition metal nitrides anode materials, etc. As a kind of green nontoxic semiconductor material, tin oxide is green, non-toxic, abundant, and has high theoretical specific capacity. Its preparation method is simple with low oxidation potential which has been widely applied in gas sensors and lithium ion battery cathode materials research in recent years. As a kind of carbon material, graphene has high conductivity and excellent mechanical properties which have caused significant research efforts around the world. In this paper, tin oxide/carbon nanostructures has been carried on the preparation, characterization and lithium electricity performance research and explore its potential application