电沉积法制备铜/铁配合物及其衍生物的电化学性能研究
发布时间：2021-09-04 17:19
锂离子电池（LIBs）已然成为当今社会应用最为广泛的产品之一,是新能源研究开发领域不可缺少的一部分。过渡金属氧化物作为负极材料,其理论比容量较高（6001200mAh/g）,原材料丰富,价格低廉,制备工艺简单,具有极大的应用潜力。但此类材料存在导电性差,体积变化大的缺陷,导致容量衰减快,循环性能差。而碳系材料作为导电网络,可提高过渡金属氧化物负极的电化学性能,但颗粒较大,分散较差,制备过程复杂的缺点。鉴于此,本文采用电沉积法,原位制备羧酸铜/铁配合物,经过热处理后形成纳米结构的金属氧化物/碳复合材料,分别研究了其作为负极材料的电化学性能。具体内容如下:（1）采用阳极沉积法,可分别在阳极铜箔表面原位形成丁二酸铜薄膜（厚度10μm）,己二酸铜薄膜（厚度6μm）,辛二酸铜薄膜（厚度10μm）,癸二酸铜薄膜（厚度10μm）。通过SEM可观察到丁二酸铜薄膜是由长80μm,宽500nm的纳米纤维组成;己二酸铜薄膜是由长宽约为5-8μm的书本状纳米...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的CuO负极材料形貌[4-9]
第一章绪论3转化以及SEI膜的生成。这一反应过程将消耗了大量Li+，在后续循环中这部分的Li2O并未完全参与反应，从而降低电极容量[15]。因此降低不可逆容量，提高导电性成为Cu2O负极材料研究重点。通过改变其制备方法，可以得到多种Cu2O负极形貌，并取得了优良的电化学性能，如图1-2所示。Wang课题组[16]采用脱合金法，直接合成Cu2O纳米网络结构，能够在锂化过程中缓解体积膨胀，加快电子运输速度，从而提高了锂离子电池的循环稳定性和倍率性能；Pan等人[17]原位合成超薄Cu2O纳米片，有效缩短了电子扩散通道，降低体积膨胀比，表现出优异的倍率性能，在2500mA/g电流密度下350次后保有792mAh/g的放电比容量，在5000mA/g的大电流密度下经历280次后仍维持739mAh/g；G.Ananya[18]研究了Cu2O在褶皱石墨烯中的性能，指出Cu2O粒子在石墨层中充当间隔物的角色，从而使性能提高了3倍有余。Chen等人[19]利用PVP作为还原剂，以商业生产的Cu2O作为原材料，通过水热和煅烧常规处理，制备出Cu2O纳米棒，在无粘结剂使用的情况下，实现了不可逆容量零衰减的杰出循环性能；Feng等[20]采用气液界面组装法合成3D类梭状Cu2O@N-C材料，通过一系列测试表明分层的多孔梭状结构能够增大与电解液接触面积，提供反应位点，同时与N结合，能够稳定材料结构，避免反应过程中结构坍塌，从而改善循环性能和倍率性能。图1-2:Cu2O负极常见形貌[21-26]除此之外，CuO和Cu2O能够在一定条件下进行转换，若存在转换不完全情况将会形成CuO与Cu2O共存的复合材料，据报道CuO@Cu2O复合材料作为负极，具有很大的发展空间。Xu等[27]利用燃烧法，通过葡萄糖和硝酸铜相互反应，制备了Cu2O@CuO@C复合材料，系统研究了C含量及温度对电池性能的影响，当=10
?60mAh/g容量，促进了CuO@Cu2O@C作为负极材料发展；Lin等[28]在多孔铜箔上原位合成了Cu2O-CuO-C材料，制备了无粘结剂的锂离子电池，如图1-4所示，以多孔铜箔为支撑基材，原位生长出Cu2O-CuO-C，这样独特的结构有效提高材料的导电性，加快了电荷传输，展示了出色的循环稳定性和倍率性能；此外，Wu等[29]和Wang等[30]分别制备出了三维分层纳米片和中空纳米笼结构，这类结构能有效地增加了活性物质与电解液的接触面积，在一定程度上容纳了更多的Li+，缩短离子的扩散路径，提高电导率，起到提高容量及稳定结构的作用。图1-3:Cu2O-CuO-C制备流程图[28]1.2.2Fe基氧化物研究进展Fe位于第VIII族，容易失去其核外电子，其氧化物主要为FeO，Fe2O3，Fe3O4。其中FeO的理论比容量为744mAh/g，低于Fe2O3（927mAh/g）和Fe3O4（1007mAh/g）。FeO材料具有良好的传导性和较小的体积膨胀，能够实现材料的高容量和高稳定性。但是FeO化学性能不稳定，制备单一FeO负极材料存在一定难度，故而有关FeO负极材料的研究有限。Gao等人[31]利用碳还原法，采用乙炔黑作为还原剂，通过对Fe2O3进行还原，可形成碳含量不同的FeO/C材料，电化学测试表明，在含碳量达到50%时，50次循环后放电容量达到510mAh/g，其容量保持率达到96%，远高于同等含碳量的Fe2O3/C材料；Wang等[32]利用沥青与Fe3O4粒子合成了FeO/C材料，材料中含碳量不同能够导致导电率得到不同程度的提高；Han和其同事[33]选用一锅法，简易制备出了FeOx/C/graphene复合物（FeOx包括Fe3O4、FeO、Fe），经过研究，通过这种简易的方法促使FeOx能够更好地分散入石墨中，有效防止了FeOx粒子聚集现象的发生，缓解了体积膨胀。Fe2O3是最为常见的Fe基氧化物，具有-Fe2O3和-Fe2O
【参考文献】：
期刊论文
[1]镍钴锰体系锂离子电池粘结剂性能研究[J]. 王斌,吴婷,刘恋,聂磊,张娜. 电源技术. 2019(01)
[2]锂离子电池硅基负极粘结剂发展现状[J]. 王晓钰,张渝,马磊,魏良明. 化学学报. 2019(01)
[3]Cu-MOFs的生长调控及其催化水解羰基硫的性能（英文）[J]. 沈丽娟,王高杰,郑笑笑,曹彦宁,郭玉峰,林科,江莉龙. 催化学报. 2017(08)
[4]金属有机骨架（MOFs）作为电极材料在二次锂离子电池中的应用[J]. 曾艾群. 电子世界. 2016(17)
[5]离子液体在CO2电还原反应过程中的催化作用与机理研究[J]. 杨冬伟,李露,王琴,王晓春,李青远,施锦. 高等学校化学学报. 2016(01)
[6]氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能[J]. 陈阳,张梓澜,隋志军,刘芝婷,周静红,周兴贵. 物理化学学报. 2015(06)
[7]锂离子电池硅基负极材料粘结剂的研究进展[J]. 叶利强,符冬菊,马清,陈建军. 电池. 2014(04)
[8]锂离子电池发展现状及其前景分析[J]. 闫金定. 航空学报. 2014(10)
[9]羧酸盐配合物的热分解研究进展[J]. 占丹,肖作安. 山东化工. 2014(03)
[10]锂离子电池基础科学问题（Ⅷ）——负极材料[J]. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 储能科学与技术. 2014(02)
硕士论文
[1]金属二羧酸盐聚合物的制备及性能研究[D]. 孙平平.沈阳化工大学 2018
[2]含刚性羧酸配体配合物的结构和性质[D]. 万毅.山东科技大学 2017
[3]取代对苯二甲酸配位化合物的合成和晶体结构[D]. 马爱青.浙江大学 2005
本文编号：3383682
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
常见的CuO负极材料形貌[4-9]
第一章绪论3转化以及SEI膜的生成。这一反应过程将消耗了大量Li+，在后续循环中这部分的Li2O并未完全参与反应，从而降低电极容量[15]。因此降低不可逆容量，提高导电性成为Cu2O负极材料研究重点。通过改变其制备方法，可以得到多种Cu2O负极形貌，并取得了优良的电化学性能，如图1-2所示。Wang课题组[16]采用脱合金法，直接合成Cu2O纳米网络结构，能够在锂化过程中缓解体积膨胀，加快电子运输速度，从而提高了锂离子电池的循环稳定性和倍率性能；Pan等人[17]原位合成超薄Cu2O纳米片，有效缩短了电子扩散通道，降低体积膨胀比，表现出优异的倍率性能，在2500mA/g电流密度下350次后保有792mAh/g的放电比容量，在5000mA/g的大电流密度下经历280次后仍维持739mAh/g；G.Ananya[18]研究了Cu2O在褶皱石墨烯中的性能，指出Cu2O粒子在石墨层中充当间隔物的角色，从而使性能提高了3倍有余。Chen等人[19]利用PVP作为还原剂，以商业生产的Cu2O作为原材料，通过水热和煅烧常规处理，制备出Cu2O纳米棒，在无粘结剂使用的情况下，实现了不可逆容量零衰减的杰出循环性能；Feng等[20]采用气液界面组装法合成3D类梭状Cu2O@N-C材料，通过一系列测试表明分层的多孔梭状结构能够增大与电解液接触面积，提供反应位点，同时与N结合，能够稳定材料结构，避免反应过程中结构坍塌，从而改善循环性能和倍率性能。图1-2:Cu2O负极常见形貌[21-26]除此之外，CuO和Cu2O能够在一定条件下进行转换，若存在转换不完全情况将会形成CuO与Cu2O共存的复合材料，据报道CuO@Cu2O复合材料作为负极，具有很大的发展空间。Xu等[27]利用燃烧法，通过葡萄糖和硝酸铜相互反应，制备了Cu2O@CuO@C复合材料，系统研究了C含量及温度对电池性能的影响，当=10
?60mAh/g容量，促进了CuO@Cu2O@C作为负极材料发展；Lin等[28]在多孔铜箔上原位合成了Cu2O-CuO-C材料，制备了无粘结剂的锂离子电池，如图1-4所示，以多孔铜箔为支撑基材，原位生长出Cu2O-CuO-C，这样独特的结构有效提高材料的导电性，加快了电荷传输，展示了出色的循环稳定性和倍率性能；此外，Wu等[29]和Wang等[30]分别制备出了三维分层纳米片和中空纳米笼结构，这类结构能有效地增加了活性物质与电解液的接触面积，在一定程度上容纳了更多的Li+，缩短离子的扩散路径，提高电导率，起到提高容量及稳定结构的作用。图1-3:Cu2O-CuO-C制备流程图[28]1.2.2Fe基氧化物研究进展Fe位于第VIII族，容易失去其核外电子，其氧化物主要为FeO，Fe2O3，Fe3O4。其中FeO的理论比容量为744mAh/g，低于Fe2O3（927mAh/g）和Fe3O4（1007mAh/g）。FeO材料具有良好的传导性和较小的体积膨胀，能够实现材料的高容量和高稳定性。但是FeO化学性能不稳定，制备单一FeO负极材料存在一定难度，故而有关FeO负极材料的研究有限。Gao等人[31]利用碳还原法，采用乙炔黑作为还原剂，通过对Fe2O3进行还原，可形成碳含量不同的FeO/C材料，电化学测试表明，在含碳量达到50%时，50次循环后放电容量达到510mAh/g，其容量保持率达到96%，远高于同等含碳量的Fe2O3/C材料；Wang等[32]利用沥青与Fe3O4粒子合成了FeO/C材料，材料中含碳量不同能够导致导电率得到不同程度的提高；Han和其同事[33]选用一锅法，简易制备出了FeOx/C/graphene复合物（FeOx包括Fe3O4、FeO、Fe），经过研究，通过这种简易的方法促使FeOx能够更好地分散入石墨中，有效防止了FeOx粒子聚集现象的发生，缓解了体积膨胀。Fe2O3是最为常见的Fe基氧化物，具有-Fe2O3和-Fe2O
【参考文献】：
期刊论文
[1]镍钴锰体系锂离子电池粘结剂性能研究[J]. 王斌,吴婷,刘恋,聂磊,张娜. 电源技术. 2019(01)
[2]锂离子电池硅基负极粘结剂发展现状[J]. 王晓钰,张渝,马磊,魏良明. 化学学报. 2019(01)
[3]Cu-MOFs的生长调控及其催化水解羰基硫的性能（英文）[J]. 沈丽娟,王高杰,郑笑笑,曹彦宁,郭玉峰,林科,江莉龙. 催化学报. 2017(08)
[4]金属有机骨架（MOFs）作为电极材料在二次锂离子电池中的应用[J]. 曾艾群. 电子世界. 2016(17)
[5]离子液体在CO2电还原反应过程中的催化作用与机理研究[J]. 杨冬伟,李露,王琴,王晓春,李青远,施锦. 高等学校化学学报. 2016(01)
[6]氢氧化镍纳米线/三维石墨烯复合材料的制备及其电化学性能[J]. 陈阳,张梓澜,隋志军,刘芝婷,周静红,周兴贵. 物理化学学报. 2015(06)
[7]锂离子电池硅基负极材料粘结剂的研究进展[J]. 叶利强,符冬菊,马清,陈建军. 电池. 2014(04)
[8]锂离子电池发展现状及其前景分析[J]. 闫金定. 航空学报. 2014(10)
[9]羧酸盐配合物的热分解研究进展[J]. 占丹,肖作安. 山东化工. 2014(03)
[10]锂离子电池基础科学问题（Ⅷ）——负极材料[J]. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 储能科学与技术. 2014(02)
硕士论文
[1]金属二羧酸盐聚合物的制备及性能研究[D]. 孙平平.沈阳化工大学 2018
[2]含刚性羧酸配体配合物的结构和性质[D]. 万毅.山东科技大学 2017
[3]取代对苯二甲酸配位化合物的合成和晶体结构[D]. 马爱青.浙江大学 2005
本文编号：3383682
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