氧化物/碳纳米复合材料的溶液燃烧制备及电化学性能优化研究
发布时间：2021-12-08 21:01
锂离子电池能量密度高、工作电压高、环境友好，但其能量密度和功率密度仍难以满足绿色交通领域的性能需求。具有高功率密度和长循环寿命特质的超级电容器常用于短时高功率能量输出与存储，与锂离子电池形成补充。如何设计制备高性能的电极材料体系，以兼容锂离子电池与超级电容器优势，是近年来电化学储能研究的热点之一。过渡金属氧化物同时具有很高的储锂容量和赝电容特性，是锂离子电池与超级电容器的重要备选电极体系。对于过渡金属氧化物而言，低导电性和低韧性造成材料的有效利用率低，循环稳定性差。将纳米级氧化物与碳材料进行复合，既可以减小离子迁移距离、材料绝对膨胀率，又可以提高体系导电性，是提升电化学性能的一种普适策略。传统纳米技术（如静电纺丝法、水热法、化学浴沉积等）虽可以有效调控氧化物粒子物相、形貌等微观特性，但普遍存在合成周期长、对设备要求高等缺点。本研究利用氧化剂与还原剂之间的快速氧化还原反应，开发了过渡金属氧化物/碳复合电极材料的廉价高效制备技术，并展示了所合成材料的良好电化学性能。主要研究内容及结论如下：1.以硝酸铁（Fe（NO3）3·9H2O）和柠檬酸（C6H8O7·H2O）为原料，在350°C空气气氛...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同二次电池体积-质量能量密度比较
太原理工大学硕士研究生学位论文迁移的媒介，同时能够在电池工作过程中保持稳定。目前来讲料一般采用嵌锂过渡金属氧化物，常见的如 LiCoO2、 LiNiO2ePO4、LiNiCoMnO2等；而石墨类碳材料是最常见的负极材料锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂等锂盐的有机溶剂；常用的隔膜、高空隙纳米纤维膜等。
于氧化物晶粒尺寸、形貌及物相结构影响电化学性能的构效关系研究已经充分开展。研究表明，对于脆性的氧化物电极材料而言，充放电过程中电极材料巨大的、往复的体积变化很容易造成电极材料的粉化，使得部分电极材料与集流体绝缘，造成材料储锂性能的显著降低。合理的材料形貌和复合结构设计可以改善电极体系的机械强度与导电特性，缓和或避免材料粉化引起的性能衰减。基于上述思路，研究人员开发了多种形貌和结构的过渡金属氧化物电极体系，从而有效改善了其储锂性能。例如，上海复旦大学于爱水课题组[13]利用 Fe(NO3)3·9H2O 和去离子水为原料，在特定温度下持续搅拌制备了介孔α-Fe2O纳米颗粒(如图 1-3 所示)。该纳米颗粒直径为～5nm，孔径大小在 3～20nm，由于其高的表面活性增强了电极材料和电解质的接触更有利于电子的传输，同时大量介孔的存在缓和了充放电过程中的体积变化，该介孔α-Fe2O3纳米颗粒显示了良好的循环及倍率特性，在电流密度 100 mA·g-1下，230 次充放电循环后比容量高达 1009 mAh·g-1，增大电流密度至 1000 mA·g-1，可逆容量仍高达 420 mAh·g-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Micro-sized and Nano-sized Fe3O4 Particles as Anode Materials for Lithium-ion Batteries[J]. Y.X.Chen 1),L.H.He 1),P.J.Shang 2),Q.L.Tang 1),Z.Q.Liu 2),H.B.Liu 1) and L.P.Zhou 1) 1) College of Materials Science and Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China 2) Shenyang National Laboratory for Materials Science,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(01)
[2]自蔓延燃烧法制备纳米氧化铁及其用于碳纳米管制备的研究[J]. 李顺华. 广州化工. 2006(02)
[3]燃烧法合成氧化铁催化剂制备碳纳米管[J]. 陈易明,张海燕,李顺华,曾国勋,陈进,胡礼初. 新技术新工艺. 2006(04)
[4]电化学超级电容器电极材料的研究进展[J]. 江奇,瞿美臻,张伯兰,于作龙. 无机材料学报. 2002(04)
硕士论文
[1]超级电容器电极材料二氧化锰的制备、改性及其电容性能[D]. 王珏.中南大学 2007
本文编号：3529236
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同二次电池体积-质量能量密度比较
太原理工大学硕士研究生学位论文迁移的媒介，同时能够在电池工作过程中保持稳定。目前来讲料一般采用嵌锂过渡金属氧化物，常见的如 LiCoO2、 LiNiO2ePO4、LiNiCoMnO2等；而石墨类碳材料是最常见的负极材料锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂等锂盐的有机溶剂；常用的隔膜、高空隙纳米纤维膜等。
于氧化物晶粒尺寸、形貌及物相结构影响电化学性能的构效关系研究已经充分开展。研究表明，对于脆性的氧化物电极材料而言，充放电过程中电极材料巨大的、往复的体积变化很容易造成电极材料的粉化，使得部分电极材料与集流体绝缘，造成材料储锂性能的显著降低。合理的材料形貌和复合结构设计可以改善电极体系的机械强度与导电特性，缓和或避免材料粉化引起的性能衰减。基于上述思路，研究人员开发了多种形貌和结构的过渡金属氧化物电极体系，从而有效改善了其储锂性能。例如，上海复旦大学于爱水课题组[13]利用 Fe(NO3)3·9H2O 和去离子水为原料，在特定温度下持续搅拌制备了介孔α-Fe2O纳米颗粒(如图 1-3 所示)。该纳米颗粒直径为～5nm，孔径大小在 3～20nm，由于其高的表面活性增强了电极材料和电解质的接触更有利于电子的传输，同时大量介孔的存在缓和了充放电过程中的体积变化，该介孔α-Fe2O3纳米颗粒显示了良好的循环及倍率特性，在电流密度 100 mA·g-1下，230 次充放电循环后比容量高达 1009 mAh·g-1，增大电流密度至 1000 mA·g-1，可逆容量仍高达 420 mAh·g-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Micro-sized and Nano-sized Fe3O4 Particles as Anode Materials for Lithium-ion Batteries[J]. Y.X.Chen 1),L.H.He 1),P.J.Shang 2),Q.L.Tang 1),Z.Q.Liu 2),H.B.Liu 1) and L.P.Zhou 1) 1) College of Materials Science and Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China 2) Shenyang National Laboratory for Materials Science,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China. Journal of Materials Science & Technology. 2011(01)
[2]自蔓延燃烧法制备纳米氧化铁及其用于碳纳米管制备的研究[J]. 李顺华. 广州化工. 2006(02)
[3]燃烧法合成氧化铁催化剂制备碳纳米管[J]. 陈易明,张海燕,李顺华,曾国勋,陈进,胡礼初. 新技术新工艺. 2006(04)
[4]电化学超级电容器电极材料的研究进展[J]. 江奇,瞿美臻,张伯兰,于作龙. 无机材料学报. 2002(04)
硕士论文
[1]超级电容器电极材料二氧化锰的制备、改性及其电容性能[D]. 王珏.中南大学 2007
本文编号：3529236
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