铝的多级纳米结构制备及其锂离子二次电池性能研究

发布时间：2024-07-06 22:40

　　锂离子二次电池作为新一代储能器件,具有长循环寿命、高能量密度和高功率密度等特征,广泛应用于电子产品、电动汽车和大规模储能等领域。但是目前商用锂离子二次电池的能量密度受限于较低的正负极材料放电容量,已经不能满足人们对高能量密度电池日益增长的需求。金属铝负极拥有993 mAh/g的理论容量,远远超出现有商品化石墨负极材料(372 mAh/g),有望极大程度提高锂离子电池的能量密度。与此同时,金属铝具有储量丰富、价格低廉等优势,使其有望成为最具潜力的新一代锂离子电池负极材料。然而由于铝基负极在脱嵌锂的过程中会发生巨大体积变化而导致电极结构破坏,金属铝表面致密的氧化层会阻碍锂离子和电子的快速传输等缺点。构建特定的微纳结构已被认为是提高铝负极循环性能的有效解决手段,但由于金属铝的高化学活性和高还原电势,其有序纳米结构的制备一直是个巨大挑战。针对以上问题,本课题发展了一种液相还原方法制备铝的多级纳米结构,通过调控温度、铝盐种类、溶剂和配体等一系列反应参数,实现了铝纳米结构的低温自组装合成。在此基础上构筑了铝纳米片与碳纳米管的复合结构,并研究了该材料作为锂离子电池负极材料的放电容量和循环性能。研究工...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 锂离子二次电池简述
        1.2.1 电池的构成
        1.2.2 电池的工作原理
    1.3 锂离子二次电池铝基负极材料研究进展
        1.3.1 零维Al基负极材料
        1.3.2 一维Al基负极材料
        1.3.3 二维Al基负极材料
    1.4 铝纳米材料的制备
        1.4.1 机械球磨法
        1.4.2 气相冷凝法
        1.4.3 铝烷分解法
        1.4.4 液相还原法
    1.5 本论文的主要内容及研究意义
第二章 铝纳米结构的液相调控合成
    2.1 引言
    2.2 实验试剂与仪器
        2.2.1 主要的实验试剂
        2.2.2 主要的实验仪器
    2.3 实验部分
        2.3.1 铝纳米片的制备
        2.3.2 样品表征
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 温度的影响
        2.4.2 铝盐的影响
        2.4.3 溶剂的影响
        2.4.4 配体的影响
        2.4.5 其他影响因素(还原剂,实验装置)
    2.5 本章小结
第三章 碳纳米管-铝多级纳米复合结构的制备及其储锂性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验试剂与仪器
        3.2.1 主要的实验试剂
        3.2.2 主要的实验仪器
    3.3 实验部分
        3.3.1 Al纳米片和碳纳米管复合物(Al-NS-CNTs)的制备
        3.3.2 Al纳米颗粒和碳纳米管复合物(Al-NP-CNTs)的制备
        3.3.3 物相和形貌表征
        3.3.4 电池的装配及电化学性能测试
    3.4 结果与讨论
    3.5 本章小结
第四章 结论
参考文献
研究成果及发表的学位论文
致谢
作者和导师简介



本文编号：4002740