水滑石前体法复合金属氧化物的可控制备及其储锂性能研究

发布时间：2017-11-06 07:31

  本文关键词：水滑石前体法复合金属氧化物的可控制备及其储锂性能研究

  更多相关文章： 锂离子电池 负极材料 水滑石 复合金属氧化物 储锂性能

【摘要】：能源问题是世界各地共同关注的热点和焦点难题。高效、环保的锂离子电池已成功应用在移动便携式电子设备、电动汽车等诸多领域。然而对锂电性能起至关重要作用的负极材料(商业化石墨)在反复充放电过程中存在可逆容量低的弊端,而过渡金属氧化物通常具有较高的比容量,可以弥补石墨低可逆容量的缺点,因此成为近年来的研究重点。然而,单一组分的过渡金属氧化物通常存在循环稳定性差、颗粒团聚严重等缺点,而通过与高导电性碳和电化学非活性金属氧化物的复合,是一种有效解决上述问题的途径。但是,传统的制备方法过程通常较为复杂,因此,通过简单高效的方法合成可协同提高储锂性能的复合负极材料具有一定的挑战性。水滑石作为一类新型复合功能型层状材料,最近几年在众多领域的理论研究和实践应用方面迅猛发展。本文利用高温热解手段处理水滑石类化合物前体,成功合成两种复合金属氧化物材料(CoO/Co3O4/N-C/Al203、 Co2SnO4/CO3O4/Al2O3/C),可以显著提高锂离子电池负极电化学性能。论文的核心内容和创新点如下：(1) COO/CO3O4/N-C/Al2O3复合物的制备及其储锂性能研究：通过成核-晶化隔离法制备出CoAl-LDH前体,将其与三聚氰胺按1:3物理混合研磨得到CoO/Co3O4/N-C/Al2O3纳米复合材料。该复合材料与mCoO/Co3O4和mCoO/Co3O4/Al2O3在作为锂离子电池负极材料时相比,具备较高的可逆充电比容量、较长的循环寿命及较稳定的倍率性能。其电化学性能的改善关键源自于如下特征：(i)双活性组分CoO/Co3O4的协同效应有利于提高可逆容量;(ii)掺杂有氮元素的碳基底有利于提高导电性；(iii)N掺杂的C和非活性Al203可以缓冲循环过程中引起的体积膨胀；(iv)水滑石层板离子的限域效应导致活性与非活性组分之间均匀分散。(2)Co2SnO4/Co3O4/Al2O3/C复合物的制备及其储锂性能研究：由于水滑石层间的阴离子具有可调变性,可以用阴离子型月桂酸钠盐(LA-)替代碳酸根(C032-)插层到水滑石CoAlSn-LDH层间,合成出CoAlSn-LA--LDH前体, 经过惰性气氛和氧化气氛分步焙烧后得到Co2SnO4/Co3O4/Al2O3/C纳米复合材料。电化学性能测试结果表明该复合物在电流密度100 mA g-1时循环100次比容量能够保持在1170 mA hg-1。 Co2SnO4/Co3O4/Al2O3/C复合物的优势在于：(i)双活性Co2SnO4/Co3O4在充放电过程中多电子转换反应和合金化反应同时发生,使可逆容量显著提高；(ii)微量非活性Al203在不影响比容量的前提下有助于提高活性组分分散性,同时与高温热解自还原生成的导电性碳起到缓冲充放电过程应力变化的作用。此外,通过调节水滑石层板阳离子以及层间阴离子的种类和数量,可以将此合成方法扩展到制备其他复合氧化物、硫化物或磷化物。这些复合材料在锂离子电池领域当中具有很好的发展潜力。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘玉成;李峰;;新型CuO-ZnO-Al_2O_3复合金属氧化物的制备及其结构研究[J];工业催化;2008年10期

2 祝宝东;王鉴;董群;郭丽;王德秋;;复合金属氧化物催化丙烷选择氧化制丙烯酸[J];工业催化;2009年07期

3 周燕婷,李峰,杜以波,DGEvans,段雪;镁铝复合金属氧化物结构、催化性能及其在一步法制备醇醚醋酸酯中的应用[J];北京化工大学学报(自然科学版);2000年01期

4 张碧宇;王鹏;夏正伟;顾慧菊;鲍伟伟;黄向红;;钙钛矿型复合金属氧化物的研究进展[J];稀有金属与硬质合金;2010年04期

5 霍超,韩镇海;复合金属氧化物烟气脱硫的动力学研究[J];硫酸工业;1996年06期

6 张浩;吕君英;龚凡;;镍铁复合金属氧化物的制备与表征[J];应用科技;2006年05期

7 黄宝晟,李峰,张慧,矫庆泽,段雪,郝建薇;纳米双羟基复合金属氧化物的阻燃性能[J];应用化学;2002年01期

8 张铁珍,王鉴,董群,张海燕,贾云刚;丙烷选择氧化制丙烯酸复合金属氧化物催化剂的研究进展[J];江苏化工;2004年06期

9 宗源;张青红;顾莉琴;肖茹;王宏志;李耀刚;;纳米复合金属氧化物/聚酰胺6复合纤维的制备及性能[J];合成纤维;2013年03期

10 林培琰,伏义路;复合金属氧化物的活性表面[J];中国科学技术大学学报;1983年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘玉成;李峰;;新型CuO-ZnO-Al_2O_3复合金属氧化物的制备及其结构研究[A];第五届全国工业催化技术与应用年会论文集（上册）[C];2008年

2 郑伟;于振兴;张晓丽;付红英;张平;张宇航;胡信国;;复合金属氧化物对丙烷选择氧化制丙烯酸的研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集（上）[C];2007年

3 谢江坤;晏乃强;瞿赞;黄文君;;新型复合金属氧化物的制备及其除汞性能研究[A];第七届全国环境化学大会摘要集-S05 大气污染与控制[C];2013年

4 范国利;邹鲁;李峰;;溶剂热合成微/介孔锌铝尖晶石型复合金属氧化物的研究[A];中国化学会第27届学术年会第01分会场摘要集[C];2010年

5 刘玉成;项顼;李峰;;层状前体法制备高分散CuO-ZnO-Al_2O_3复合金属氧化物[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年

6 栗则;信跃龙;白玉;刘虎威;;锂镍钴锰复合金属氧化物在表面辅助激光解吸附质谱中的应用[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第38分会：质谱分析[C];2014年

7 王忠;曲振平;张鑫;范睿;王奕;;不同制备方法对铜铈锆复合金属氧化物上氨催化氧化性能的影响[A];第十四届全国青年催化学术会议会议论文集[C];2013年

8 范杰;;介孔复合金属氧化物在绿色催化中的应用及其组合开发方法[A];中国化学会第28届学术年会第1分会场摘要集[C];2012年

9 雷志轶;项顼;李峰;;杂化复合前体制备高比表面介孔MgO-Al_2O_3复合金属氧化物[A];中国化学会第26届学术年会纳米化学分会场论文集[C];2008年

10 郑伟;于振兴;张平;张宇航;付红英;张晓丽;胡信国;;丙烷选择氧化制丙烯酸复合金属氧化物催化剂的研究[A];第五届全国工业催化技术与应用年会论文集（上册）[C];2008年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 黄蕾;杀菌活性金属氧化物分散状态及表面晶体缺陷控制和杀菌性能研究[D];北京化工大学;2007年

2 陈思如;金属有机骨架化合物制备复合金属氧化物和多孔碳材料的研究[D];吉林大学;2015年

3 邹鲁;尖晶石型复合金属氧化物功能材料的制备、表征及其性能研究[D];北京化工大学;2008年

4 顾智军;复合金属氧化物的可控制备、结构及其性能研究[D];北京化工大学;2008年

5 马宁;纳米含Mg复合金属氧化物制备、表征及催化性能研究[D];复旦大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 马超;铝孟复合金属氧化物同步去除水体中砷氟的效能研究[D];西北农林科技大学;2015年

2 武佳;Co-M-Al复合金属氧化物薄膜制备及其选择性氧化性能[D];北京化工大学;2015年

3 檀东东;超（亚）临界水热合成技术构建复合金属氧化物催化氧化甲苯的研究[D];浙江大学;2016年

4 杨雪;铝锆复合金属氧化物对水中砷、磷的吸附效能及机理探究[D];西北农林科技大学;2016年

5 郭惠斌;MgAlCe复合金属氧化物用于羰基硫的脱除[D];昆明理工大学;2016年

6 隋松泉;新型Al_2O_3载体负载的金属和复合金属氧化物催化剂制备、结构及其催化化性能[D];北京化工大学;2016年

7 赵殿云;复合金属氧化物的制备及其锂电性能的研究[D];济南大学;2016年

8 潘科成;前体法制备复合金属氧化物/氮化碳复合材料及其光驱动过氧化氢形成机制研究[D];北京化工大学;2016年

9 武碧波;水滑石前体法复合金属氧化物的可控制备及其储锂性能研究[D];北京化工大学;2016年

10 韩春华;微波辐射下用于PET催化解聚金属氧化物的制备及其催化作用研究[D];温州大学;2011年

，

本文编号：1147919