锂离子电池钴基氧化物负极材料的制备及电化学性能研究

发布时间：2020-04-17 06:34

【摘要】：随着21世纪经济和科技的飞速发展,能源问题和环保问题日益凸显。为了解决以上问题,锂离子电池作为一种新型绿色能源被提出来。目前商业化的锂离子电池负极材料主要是石墨,理论比容量仅为372 mAh/g,不能满足人们对高能量密度电池的需求。钴基氧化物因比容量高,资源丰富,引起了科研工作者的广泛关注。本论文将钴基氧化物分别与导电聚合物,碳和氧化物进行复合,制备特殊结构的锂离子电池复合负极材料,并对其做了X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等微观形貌测试,将其作为负极材料组装成电池进行循环伏安测试(CV)、交流阻抗谱(EIS)和充放电测试。研究内容如下:(1)采用水热法和高温热处理合成了类海胆状的Ni Co_2O_4,再以Py单体为原料,通过化学氧化聚合法制备了NiCo_2O_4/PPy复合负极材料。PPy作为导电剂,提高了NiCo_2O_4材料的导电性,同时作为缓冲基质能够有效缓解NiCo_2O_4的体积膨胀。论文中探究了NiO,Co_3O_4和Ni Co_2O_4的电化学性能差异。探究了煅烧温度,PPy含量对NiCo_2O_4/PPy复合负极材料电化学性能的影响。结果表明:与NiCo_2O_4相比,NiCo_2O_4/PPy复合材料的比容量和循环稳定性有了明显提升,其中30%NiCo_2O_4/PPy复合负极材料在200 m A/g电流密度下,循环100圈后,放电比容量仍高达1164.9 mAh/g。(2)采用聚丙烯腈(PAN)为碳源,通过静电纺丝法和高温热处理技术制备了NiCo_2O_4/C复合负极材料。复合材料具有中空管状结构,为材料提供了更多缓冲空间。PAN作为碳源经过高温热处理保留了部分碳材料,提高了材料导电性。论文中研究了不同浓度、不同热处理温度以及不同碳含量对NiCo_2O_4/C复合材料电化学性能的影响。结果表明:当溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)体积为30 mL,热处理温度为400℃,原料中盐为6 mmol时,合成的Ni Co_2O_4/C复合负极材料电化学性能最佳;在200 mA/g电流密度下,NiCo_2O_4-6/C复合材料首次放电比容量为1446.2 mAh/g,首次库伦效率为76%,经过120次循环,放电比容量仍高达1092.8 mAh/g,容量保持率99.5%。材料的循环稳定性非常出色。(3)以聚丙烯腈为碳源,通过静电纺丝法制备前驱体纳米纤维,再通过两步热处理工艺合成了异质结构的NiO-CoO/C复合材料。论文中研究了不同热处理温度和Ni:Co摩尔比对该复合负极材料电化学性能的影响。通过X-射线衍射、能谱分析以及X-射线光电子能谱对复合材料的组成进行了分析,并结合场发射扫描电子显微镜和透射电子显微镜对材料的形貌和结构进行了表征。结果表明:复合材料具有中空结构。当Ni:Co=1:2,热处理温度400℃时,制备的NiO-CoO/C复合材料的电化学性能最优,在电流密度200 mA/g下循环首次放电比容量为1621.2 mAh/g,首次库伦效率为75%,经过200次循环可逆比容量高达934mAh/g,容量保持率为82%。
【图文】：

示意图,锂离子电池,示意图

锂离子电池嵌/脱锂示意图

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CR2032扣式电池结构
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912;TB33

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