碳包覆铁酸锌作为锂离子电池负极材料的研究

发布时间：2017-03-19 05:02

  本文关键词：碳包覆铁酸锌作为锂离子电池负极材料的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：从便携式电子设备到电动汽车,锂离子电池由于具有高于其他充电电池的能量密度而受到了巨大的关注。负极材料是影响锂离子电池性能的重要因素。当前,石墨由于来源丰富、价格低廉以及循环寿命较长等一系列优点而被广泛的应用为锂离子电池的负极材料。然而,石墨存在理论容量较低(372 mAhg~(-1))和安全隐患等问题,因此,越来越多的研究人员投入到新型负极材料的研究中。ZnFe_2O_4凭借其较高的理论比容量、价格低廉等优点而成为最具潜力的负极材料之一,吸引了大量研究人员的注意。表面包覆碳层可以改善材料的电化学性能的机理有以下两点:一是碳层的存在可以为离子和电子提供通道,增强材料的导电性能;二是可以抑制电极材料粒子间的团聚,提高活性物质的利用率。碳层作为缓解层可以缓解材料由于体积膨胀以及收缩所产生的应力。从制备工艺、产品生产以及材料来源等方面考虑,碳包覆的这种方法利于实施且应用较为广泛。本论文主要的研究内容与结果如下:(1)采用水热法以及高温煅烧的方法制备出ZnFe_2O_4/C复合材料,通过碳包覆的方法来提高材料的导电性能。并研究了葡萄糖的添加量、酒石酸钾钠的添加量以及煅烧温度对复合材料性能的影响。通过SEM、XRD、TEM以及拉曼光谱分析对材料的结构进行表征,通过伏安曲线、循环伏安曲线、充放电曲线、倍率性能测试以及交流阻抗图谱等研究手段对材料进行电化学性能方面的测试。得出添加0.4 g的葡萄糖、0.5 mmol的酒石酸钾钠以及在600℃的煅烧温度下复合材料具有最好的电化学性能。(2)在电极制备过程中,添加不同的粘结剂做对比。通过伏安曲线、循环伏安曲线、充放电曲线、速率特性曲线等电化学测试对添加不同粘结剂的复合材料的电化学性能进行表征。在100 m A g-1的电流密度下,循环100圈之后,以CMC为粘结剂的复合材料的放电比容量可以达到742.5 mAhg~(-1),容量保持率可以达到71.2%,远远高于以PVDF为粘结剂的复合材料。
【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 前言11
• 1.2 锂离子电池简介11-14
• 1.2.1 锂离子电池的发展11-12
• 1.2.2 锂离子电池原理12-14
• 1.3 锂离子电池负极材料14-25
• 1.3.1 碳基负极材料15-21
• 1.3.2 合金类负极材料21-23
• 1.3.3 金属氧化物负极材料23-24
• 1.3.4 金属硫化物/氮化物负极材料24-25
• 1.3.5 其他负极材料25
• 1.4 电解液25-27
• 1.4.1 有机溶剂26-27
• 1.4.2 电解质27
• 1.4.3 功能添加剂27
• 1.5 本文的主要工作及意义27-29
• 第二章 实验部分29-35
• 2.1 实验药品及仪器29-30
• 2.1.1 实验药品29-30
• 2.1.2 实验仪器30
• 2.2 材料的表征30-31
• 2.2.1 X射线衍射分析仪30-31
• 2.2.2 扫描电子显微镜31
• 2.2.3 透射电子显微镜31
• 2.2.4 拉曼光谱分析31
• 2.3 电极的制备和电池的组装31-33
• 2.3.1 电极的制备31-32
• 2.3.2 电池的组装32-33
• 2.4 电化学性能测试33-35
• 2.4.1 充放电测试33
• 2.4.2 循环伏安法测试33-34
• 2.4.3 交流阻抗图谱分析34-35
• 第三章 碳包覆铁酸锌的制备及电化学性能35-60
• 3.1 引言35-36
• 3.2 不同质量葡萄糖对ZnFe_2O_4/C复合材料的影响36-42
• 3.2.1 ZnFe_2O_4/C的制备过程36-37
• 3.2.2 ZnFe_2O_4/C结构模拟图37
• 3.2.3 X射线衍射分析37-38
• 3.2.4 扫描电子显微镜以及透射电子显微镜38-39
• 3.2.5 电池的组装39-40
• 3.2.6 伏安曲线40
• 3.2.7 循环伏安曲线40-41
• 3.2.8 充放电曲线41-42
• 3.3 酒石酸钾钠(C_4H_6O_6KNa)对ZnFe_2O_4/C复合材料的影响42-48
• 3.3.1 ZnFe_2O_4/C-C_4H_6O_6KNa复合材料的制备43
• 3.3.2 X射线衍射分析43-44
• 3.3.3 扫描电子显微镜44-45
• 3.3.4 电池的组装45
• 3.3.5 伏安曲线45-46
• 3.3.6 循环伏安曲线46-47
• 3.3.7 充放电曲线47-48
• 3.4 不同烧结温度对ZnFe_2O_4/C复合材料的影响48-59
• 3.4.1 样品的制备48-49
• 3.4.2 X射线衍射分析49
• 3.4.3 拉曼光谱分析49-50
• 3.4.4 扫描电子显微镜50-51
• 3.4.5 透射电子显微镜51-52
• 3.4.6 电池的组装52
• 3.4.7 伏安曲线52-54
• 3.4.8 循环特性曲线54-55
• 3.4.9 充放电曲线55-56
• 3.4.10 速率特性56-58
• 3.4.11 交流阻抗图谱58-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第四章 不同粘结剂对ZnFe_2O_4/C复合材料的影响60-65
• 4.1 引言60
• 4.2 电极的制备60-61
• 4.3 伏安曲线61
• 4.4 循环伏安曲线61-62
• 4.5 充放电曲线62-63
• 4.6 速率特性63-64
• 4.7 本章小结64-65
• 第五章 全文总结65-66
• 参考文献66-77
• 研究生期间取得的科研成果77-78
• 致谢78

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