碳原子线的磁学、电学性质

论文摘要

本文报告碳原子线（CAW）的磁学性质以及作为锂电池负极材料的电化学性能的研究结果。运用振动样品磁强计（VSM）和电子顺磁共振仪（EPS）等设备对碳原子线的磁学性质进行研究,并定量计算了碳原子线上每个碳原子的未成对电子的数目;通过红外、环伏安、充放电、交流阻抗等方法,研究锂离子二次电池的碳原子线负极的电化学特性以及硝酸处理对碳原子线电极充放电性能的影响。 我们对碳原子线的磁学行为进行研究时,发现在室温下碳原子线的磁滞回线为“S”形。随着磁场强度的增加,磁化强度渐渐趋于饱和,但其饱和磁化强度比通常的铁磁性材料小很多,故碳原子线具有类铁磁性。至今,已有C60在低温下呈现类铁磁行为的报道,而碳原子线却能在室温下显示出类铁磁性。这种特殊的磁学性能很可能与碳原子线的特殊的sp杂化结构有关。通过电子顺磁共振,我们定量测量了碳原子线中未成对电子的数目,结果显示碳原子线中有大量的未成对电子,此结果同碳原子线的分子结构是基本一致的。 作为锂离子二次电池负极材料,碳原子线首次充放电容量分别为369.5mAh/g和999.4mAh/g,从第2次循环起,充放电效率开始提高,第10次达到94.3%,不可逆容量逐渐降低,可逆容量基本维持在约300mAh/g左右。显示出碳原子线负极具有良好的循环性能和可逆容量。 此外,当对碳原子线进行硝酸处理后,红外光谱表明在碳原子线上产生了更多的羟基、羧基等基团。一般认为,表面形成的这些基团在锂插入过程中有助于形成致密钝化膜,可减少溶剂分子的共插入,从而抑制电解液的分解,这样可使可逆比容量明显提高。处理后的碳原子线首次充放电容量分别为1618.6mAh/g和741.7mAh/g,和未处理的碳原子线相比首次充放电容量、充放电效率都有很大程度的提高。

论文目录

• 目录
• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1 磁性与分子结构
• 1.1 直接交换作用
• 1.2 超交换相互作用
• 1.3 自旋极化与自旋离域
• 2 碳原子线的分子结构
• 3 碳材料的磁学性质
• 4 锂离子电池碳负极材料
• 5 本论文的主要工作及创新性
• 参考文献
• 第二章 碳原子线的磁学性质
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 实验器材
• 2.2 碳原子线的制备
• 3 结果与讨论
• 3.1 碳原子线的形貌表征
• 3.2 碳原子线的磁滞回线
• 3.3 碳原子线的顺磁共振谱图
• 参考文献
• 第三章 碳原子线负极材料的研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 化学试剂
• 2.2 实验仪器和软件
• 2.3 测试电极的组装
• 2.4 电化学实验
• 3 结果与讨论
• 3.1 电解质的影响
• 3.2 红外光谱实验
• 3.3 循环充放电实验
• 3.4 交流阻抗实验
• 参考文献
• 第四章 硝酸处理对碳原子线电极的影响
• 1 引言
• 2. 实验部分
• 2.1 化学试剂与材料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 碳原子线的氧化处理
• 3. 结果与讨论
• 3.1 红外光谱实验
• 3.2 循环伏安
• 3.3 循环充放电实验
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢