基于导电基质复合电极材料制备及电化学性能研究

发布时间：2017-04-23 18:13

  本文关键词：基于导电基质复合电极材料制备及电化学性能研究，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,锂离子电池的应用受到了广泛的关注。相对于其它可充电电池,锂离子电池具有较高的能量密度。目前,商业化的锂离子电池负极材料是石墨碳,但是其较低的理论容量限制了它的使用。开发高容量负极材料是解决该问题的有效途径。由于过渡金属等氧化物材料具有较高的理论容量,所以得到了很多研究者的关注。经过最近几年的努力探索研究,制备了具有高比容量的过渡金属氧化物负极材料,例如氧化钴、氧化镍、氧化锰和氧化铁已经成为非常有发展前景的负极材料,这些金属氧化物的理论容量是石墨碳的2-3倍。然而,上述电极材料在锂离子的嵌入和脱嵌过程中会产生严重的体积变化和应力,这些原因会导致电极的破裂和粉碎,使得电极材料在循环过程中发生能量衰退,限制了其在商业中的应用。与传统的块体材料相比,纳米材料有较高的反应活性,优良的电极动力学性能和大的比表面积,因此可以有效地提高电极材料的嵌锂能力。针对上述问题,我们设计制备了多种高比容量的微纳结构材料,并对其结构、形貌、组成等进行了表征。通过对材料进行电化学性能测试,系统地研究了它们的锂离子存储性能。本论文工作主要分为以下两个方面:(1)基于导电基质氧化钴纳米结构电极材料的制备:首先通过水热法合成水合氢氧氯化碳酸钴盐Co(CO3)0.35Cl0.20(OH)1.10·1.74H2O前驱体。再将一维纳米结构的前驱体在氮气气氛中进行热处理就得到组分不同的氧化钴材料。在热处理的过程中它的形貌没有发生任何变化。最后将产物进行电化学性能测试,这些一维纳米结构电极材料展现出了优异的循环性能和高比容量性能。如此好的电化学性能主要归因于该材料多孔一维结构和小体积构造。(2)基于导电基质氧化锰纳米结构电极材料的制备:利用温和的低温化学合成方法分别在碳纳米管和镍箔表面直接生长上MnO2纳米薄片。纳米片和导电基质形成了一个类似的核壳结构,核为导电基质,壳为电化学活性物质。这样的纳米片复合结构非常有利于锂离子的嵌入和脱出。作为负极进行电化学测试表明该材料具有高的可逆性能、高倍率充放电性能和长循环充放电能力。
【关键词】：锂离子电池 纳米材料 导电基质 氧化物
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 锂离子电池基本原理10-12
• 1.2 纳米材料的研究进展12-13
• 1.3 氧化物电极微纳结构调控的研究13-18
• 1.3.1 氧化钴微纳材料的制备及电化学性能14-16
• 1.3.2 氧化锰微纳材料的制备及电化学性能16-17
• 1.3.3 其它氧化物微纳材料的制备及电化学性能17-18
• 1.4 导电基质复合微纳电极材料的研究18-23
• 1.4.1 碳纳米管导电基质18-21
• 1.4.2 石墨烯导电基质21-22
• 1.4.3 金属导电基质导22-23
• 1.5 其它电极材料的研究23-25
• 1.6 本论文的主要研究内容25-26
• 第2章 镍箔复合氧化钴纳米棒的制备及电化学性能的研究26-48
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验部分27-30
• 2.2.1 实验所需药品及仪器27-29
• 2.2.2 实验步骤29-30
• 2.2.3 材料结构表征和性能测试30
• 2.3 检测结果与讨论30-41
• 2.3.1 前驱体产物的XRD表征30-32
• 2.3.2 氮气热处理产物的XRD表征32-36
• 2.3.3 前驱体产物的SEM表征36-37
• 2.3.4 氮气中热处理后产物的SEM表征37-40
• 2.3.5 产物CoO的TEM表征40-41
• 2.4 电化学性能测试41-47
• 2.4.1 电池的组装41
• 2.4.2 电化学性能测试41-47
• 2.5 本章小结47-48
• 第3章 导电基质复合氧化锰电极材料的制备48-66
• 3.1 引言48-49
• 3.2 CNT复合MnO2的实验部分49-52
• 3.2.1 实验所需化学药品及仪器49-51
• 3.2.2 实验步骤51
• 3.2.3 产品分析与表征51-52
• 3.3 结果与讨论52-56
• 3.3.1 产品XRD分析表征52-53
• 3.3.2 产物IR表征53-54
• 3.3.3 产物微观结构SEM和TEM表征54-56
• 3.4 电化学性能测试56-59
• 3.4.1 电池的组装56
• 3.4.2 电化学性能测试56-59
• 3.5 镍箔复合MnO_2的实验部分59-61
• 3.5.1 实验所需药品及仪器59-60
• 3.5.2 实验步骤60-61
• 3.5.3 材料结构表征和性能测试61
• 3.6 检测结果与讨论61-63
• 3.6.1 产品XRD分析表征61-62
• 3.6.2 产物的SEM和TEM表征62-63
• 3.7 电化学性能测试63-65
• 3.7.1 电池的组装63
• 3.7.2 电化学性能测试63-65
• 3.8 本章小结65-66
• 第4章 结论66-67
• 参考文献67-76
• 在学研究成果76-77
• 致谢77

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