论文题目：金属硫化物/C复合材料制备及其电化学性能研究
摘要：本论文以石油污水为主要原材料和结构模板,合成了具有优异电化学性能的金属硫化物/氮碳纳米复合材料,探索了其合成机理及电化学反应原理,并研究了其合成条件、组成、结构对复合材料电化学性能的影响。利用石油化工污水作为唯一原料,通过原位热化学法将石油化工污水转化成为具有不规则颗粒状NS/C@Fe3O4复合材料,并探究了不同水热时间和不同热处理温度对NS/C@Fe3O4的结构和电化学性能的影响。增加水热时间有利于结晶和减小颗粒粒度并且有利于生成无序化的硬碳。增加煅烧温度同样有利于结晶,晶体体积也有小幅度的增加。对于锂离子电池,700 oC煅烧温度下不经水热处理的样品具有较好的电化学性能。在2 A g-1的电流密度下NS/C@Fe3O4-0-700负极经250次循环后衰减到300.44 mAh g-1的最小值,表现出较好的循环性能。在10 A g-1的高电流密度下循环100次后放电比容量稳定在109.6 mAh g-1。对于钠离子电池,600 oC煅烧温度下水热24 h样品具有较好的电化学性能,在1 A g-1电流密度下经120次循环后容量稳定在325.06 mAh g-1,在这个过程中一直保持着较高的库伦效率,而且容量保持率高达93.3%。将石油污水作为铁金属-有机骨架（Fe-MOFs）前驱体的有机配体和硫、氮、碳的来源,采用简便合成工艺,合成具有多层结构的硫化铁/N掺杂硬质碳膜纳米复合材料。研究结果表明,不同煅烧温度和前驱体的处理工艺对合成材料的相组成有较大影响,只有对前驱体进行水热处理后,在700 oC下煅烧样品具有Fe1-xS纯相。材料骨架结构中的分层孔隙和相互连接的通道使电解质更容易渗透,使电解质中的锂离子易于与Fe1-xS颗粒发生反应,且可以缓解材料体积膨胀,从而获得了很好的电化学性能。作为锂离子电池负极,当电流密度为1 A g-1时,其初始放电比容量为1542.08 mAh g-1,循环200次以后放电比容量稳定在632.16 mAh g-1。更重要的是在合成过程中化学需氧量的去除率最高达到了80.7%。以石油污水作为主要原材料和结构模板,通过水热-高温碳热还原法制备了具有多级结构的硫化锰/氮碳复合材料。研究结果表明,增加煅烧温度和水热时间都有利于MnS相生成,结晶度增加。对于锂离子电池负极,600 oC煅烧温度下生成的样品具有较好的电化学性能。在1 A g-1的电流密度下的首次放电容量为1265.61mAh g-1,经100次循环后仍维持在703.67 mAh g-1。作为钠离子电池负极600 oC样品同样具有较好的电化学性能,在1 A g-1的电流密度下经115次循环后充放电容量仍能维持在251.88 mAh g-1。
关键词：石油化工污水;锂/钠离子电池;负极材料;金属硫化物;电化学性能
学科专业：材料科学与工程
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 锂/钠离子电池概述
1.2.1 锂/钠离子电池的结构和工作原理
1.2.2 锂/钠离子电池特点
1.3 锂/钠离子电池负极概述
1.3.1 锂离子电池负极概述
1.3.2 钠离子电池负极概述
1.4 过渡金属硫化物/碳负极材料研究进展
1.4.1 氮/硫共掺杂碳负极材料的研究
1.4.2 过渡金属硫化物/C负极材料研究进展
1.5 石油化工污水组成及特征
1.6 本课题研究目的及意义
第2章 实验原料与仪器设备及测试
2.1 实验原料
2.2 实验仪器设备
2.3 数据和图像处理软件
2.4 测试分析仪器
2.5 电池的组装
2.5.1 电极的制备
2.5.2 电池的组装
第3章 合成NS/C@Fe_3O_4复合材料及其电化学性能研究
3.1 引言
3.2 NS/C@Fe_3O_4 复合材料的合成
3.3 结果与讨论
3.3.1 煅烧温度对NS/C@Fe_3O_4 复合材料组成的影响
3.3.2 水热时间对NS/C@Fe_3O_4 复合材料组成和结构的影响
3.3.3 NS/C@Fe_3O_4 复合材料结构研究
3.3.4 煅烧温度对NS/C@Fe_3O_4 复合材料电化学性能的影响
3.3.5 水热时间对SN/C@Fe_3O_4 复合材料电化学性能的影响
3.4 本章小结
第4章 合成FS/N-HCUF复合材料及其电化学性能研究
4.1 引言
4.2 FS/N-HCUF复合材料的合成
4.3 结果与讨论
4.3.1 FS/N-HCUF前驱体的结构分析
4.3.2 FS/N-HCUF复合材料的结构分析
4.3.3 FS/N-HCUF复合材料的合成机理研究
4.3.4 铁含量对FS/N-HCUF复合材料电化学性能的影响
4.3.5 前躯体处理方法对FS/N-HCUF相组成和电化学性能影响
4.3.6 FS/N-HCUF复合材料的电化学反应原理
4.4 本章小结
第5章 合成MnS/N-HC复合材料及其电化学性能研究
5.1 引言
5.2 MnS/N-HC复合材料的合成
5.3 结果与讨论
5.3.1 锰含量对MnS/N-HC复合材料相组成的影响
5.3.2 煅烧温度对MnS/N-HC复合材料相组成的影响
5.3.3 水热时间对MnS/N-HC复合材料相组成的影响
5.3.4 MnS/N-HC复合材料的结构分析
5.3.5 锰含量对MnS/N-HC电化学性能的影响
5.3.6 煅烧温度对MnS/N-HC复合材料电化学性能的影响
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
致谢
二、其它科研成果