金属氧化物（硫化物）碳纤维复合材料的制备及储锂性能研究

发布时间：2017-07-20 08:24

  本文关键词：金属氧化物（硫化物）碳纤维复合材料的制备及储锂性能研究

  更多相关文章： NiCo_2O_4/碳纤维复合材料 NiO-CoO/碳纤维纳米刷 MoS_2/碳纤维复合材料 锂离子电池

【摘要】：近年来,随着经济的发展和社会的进步,人们对能源的需求日益倍增,锂离子电池由于体积小、质量轻、循环性能好、工作电压宽、自放电小、无记忆效应等优点而受到人们的广泛关注。然而锂离子电池在能量密度和功率密度方面远远不能满足人们的需求,这限制了锂离子电池应用。因此,目前解决这一问题较为有效的方法是在导电基底上生长纳米材料。本文采用水热法在碳纤维上成功生长不同种类的过渡金属氧化物(硫化物),探究它们作为锂离子电池负极材料的优势。研究内容包括以下几点：(1)通过水热反应和后续的热处理成功在碳纤维上制备了NiCo2O4纳米线,并将其直接应用在锂离子电池的负极材料中,NiCo2O4/碳纤维复合材料在200 mAg-1电流密度循环时,表现出很高的容量(1408.4 mA h g-1),同时还具有较好的循环稳定性,循环53次后的容量为913mAhg-1。研究结果表明NiCo2O4/碳纤维复合材料具有较大的比表面积。(2)采用溶剂法在碳纤维上生长了Ni-Co前驱体纳米针,随后经过热处理获得NiO-CoO/碳纤维纳米刷复合材料,并进一步深入研究了NiO-CoO/碳纤维纳米刷复合材料的生长机制。NiO-CoO/碳纤维纳米刷表现出良好的电化学性能,因此被用作锂离子电池的负极材料。NiO-CoO/碳纤维纳米刷可逆比容量为692 mAhg-1,在200 mA g-1电流密度下循环200次后,其比容量达到801 mA h g-1,该电极材料具有优秀的倍率性能。这主要归咎于NiO-CoO/碳纤维纳米刷独特的微纳结构,即较好的电子导电碳纤维形成了良好的导电网络, NiO-CoO纳米针直接生长在碳纤维表面上可避免团聚和结构坍塌,同时纳米尺寸的电极材料缩短了离子迁移的距离,多重效应的综合作用使NiO-CoO/碳纤维纳米刷电极材料发挥出良好的储锂性能。(3)采用简单可行的水热法在碳纤维上合成MoS2纳米片,并将其作为锂离子电池负极材料来研究进一步研究MoS2/碳纤维复合材料的电化学性能,该电极材料具有较高的容量743.43mAhg-1 (电流密度为200mAg-1),在300次循环后,容量为初始容量的68.54%,表明MoS2/碳纤维复合材料不仅具有较好的循环稳定性,而且具有很好的倍率性能。因此,MoS2/碳纤维复合材料是一种理想的锂离子电池负极材料。
【关键词】：NiCo_2O_4/碳纤维复合材料 NiO-CoO/碳纤维纳米刷 MoS_2/碳纤维复合材料 锂离子电池
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342.742;TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-26
• 1.1 锂离子电池13-20
• 1.1.1 锂离子电池的发展13-14
• 1.1.2 锂离子电池的特性及应用14-15
• 1.1.3 锂离子电池的工作原理15-16
• 1.1.4 锂离子电池材料16-20
• 1.2 过渡金属氧化物复合材料的概况及其储锂性能研究20-23
• 1.2.1 过渡金属氧化物的储锂性能研究20-22
• 1.2.2 过渡金属氧化物复合材料的储锂性能研究22-23
• 1.3 过渡金属硫化物的概况及其储锂性能研究23-25
• 1.3.1 二硫化钼的储锂性能研究23-24
• 1.3.2 其他硫化物的储锂性能研究24-25
• 1.4 论文依据和研究内容25-26
• 1.4.1 论文依据25
• 1.4.2 研究内容25-26
• 第2章 NiCo_2O_4/碳纤维复合材料的制备及其储锂性能研究26-33
• 2.1 前言26-27
• 2.2 实验部分27-28
• 2.2.1 实验试剂27
• 2.2.2 实验设备27-28
• 2.2.3 电极材料的制备28
• 2.3 结果与讨论28-32
• 2.3.1 NiCo_2O_4/碳纤维复合材料的形貌表征和结构分析28-30
• 2.3.2 NiCo_2O_4/碳纤维复合材料锂电性能的测试30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 NiO-CoO/碳纤维纳米刷的制备及其储锂性能的研究33-44
• 3.1 前言33-34
• 3.2 实验部分34-36
• 3.2.1 实验试剂34
• 3.2.2 实验设备34-35
• 3.2.3 电极材料的制备35-36
• 3.3 结果与讨论36-43
• 3.3.1 NiO-CoO/碳纤维纳米刷的形貌表征36-40
• 3.3.2 NiO-CoO纳米针的生长过程及形成机理40-41
• 3.3.3 电极材料锂电性能的测试41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 MoS_2/碳纤维核壳结构的制备及其储锂性能的研究44-50
• 4.1 前言44-45
• 4.2 实验部分45-46
• 4.2.1 实验试剂45
• 4.2.2 实验设备45-46
• 4.2.3 电极材料的制备46
• 4.3 结果与讨论46-49
• 4.3.1 MoS_2/碳纤维的形貌表征46-47
• 4.3.2 电极材料的锂电性能测试47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 结论与展望50-52
• 参考文献52-62
• 致谢62-63
• 附录A (攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录)63

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本文编号：567084