钴锡纳米阵列结构的制备及其作为锂离子电池负极材料的应用研究

发布时间：2017-09-19 06:27

  本文关键词：钴锡纳米阵列结构的制备及其作为锂离子电池负极材料的应用研究

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【摘要】：随着人类社会的迅猛发展,能源的重要性越来越凸显。传统化石燃料的大规模开发和使用带来了环境污染和生态破坏,能源危机和环境恶化已然成为人类社会必须面对的巨大挑战。因此,开发新型可再生能源、实现能源的高效储存和利用成为了全球科学研究的焦点。锂离子电池高效环保,在清洁能源的重要性越来越凸显。负极材料是锂离子电池的重要组成部分。目前商业化负极材料主要为石墨。但石墨比容量较低,不能适应日益发展的锂离子电池的需求,因此需要寻求新型负极材料。氧化物和锡等负极材料,具有良好的电化学行为及高的比容量,是研究的焦点。目前氧化物和锡负极材料仍然存在充放电过程中稳定性差等缺点。本论文的主要研究内容针对锂离子电池负极材料在充放电过程中存在的结构不稳定、循环性能较差的缺点,采用纳米阵列、复合形成核壳结构等手段,提高C0304等负极材料电化学性能。本文采用水热与磁控溅射相结合的方法制备了Co3O4-Sn核壳纳米线阵列电极。Sn层的引入提高了C0304纳米阵列的导电性和结构稳定性,Co3O4-Sn纳米线的电化学性能相比于单纯的C0304纳米线有了很大的改善。Co3O4-Sn纳米线电极在电流密度为300mAg-1时,首次放电比容量为1078.5 mAh g-1。50次循环后放电容量为773.1 mAhg-1,远高于单纯的Co3O4纳米线电极(471.2 mAh g-1)。为了更充分地说明核壳结构纳米阵列的优异性能,本文还对比了CoO-Sn纳米阵列和CoO纳米阵列的循环性能和倍率性能,实验结果也证明了核壳纳米线的优越性。采用两步热处理的方法制备出了Co纳米线,再通过溅射的方法制得了Co-Sn核壳结构纳米线。Co-Sn核壳结构纳米线阵列在0.5C电流密度下,首次放电容量为975 mAhg-1,并且放电容量曲线比平板Sn平缓。在50次循环之后放电容量为710.8mAhg-1,而平板Sn在50次循环后容量只有396.6 mAh g-1。复合纳米线阵列良好的电化学性能归功于纳米线阵列的独特结构。阵列化核壳结构一方面提高了电极材料的导电性,导致库伦效率的提高；另一方提高了材料的结构稳定性,使材料的循环性能得到很大的提高。
【关键词】：纳米线 四氧化三钴 核壳结构 锂离子电池 负极材料
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 锂离子电池概述11-14
• 1.2.1 锂离子电池的组成及特性11
• 1.2.2 锂离子电池工作原理11-12
• 1.2.3 锂离子电池优缺点12-14
• 1.3 锂离子电池正极材料14-16
• 1.3.1 层状化合物LiMO_2正极材料15
• 1.3.2 尖晶石型LiMn_2O_4正极材料15-16
• 1.4 锂离子电池负极材料16-20
• 1.4.1 碳负极材料16-17
• 1.4.2 合金化型负极材料17
• 1.4.3 过渡族金属氧化物负极材料17-20
• 1.5 三维纳米结构电极作为锂离子电池负极的研究现状20-25
• 1.5.1 三维纳米结构电极简介20
• 1.5.2 三维纳米电极结构电极的优点20-21
• 1.5.3 三维纳米电极结构电极的研究现状21-25
• 1.6 本论文的选题依据和主要研究内容25-28
• 第二章 实验设备和方法28-34
• 2.1 实验试剂和仪器28-29
• 2.1.1 试验药品28
• 2.1.2 实验仪器28-29
• 2.2 主要实验设备29-30
• 2.2.1 水热釜29
• 2.2.2 真空管试退火炉29
• 2.2.3 磁控溅射系统29-30
• 2.3 材料表征30-32
• 2.4 器件制备32-33
• 2.5 电化学性能测试33-34
• 第三章 Co_3O_4-Sn核壳结构纳米线阵列电极34-46
• 3.1 引言34-35
• 3.2 Co_3O_4-Sn核壳结构纳来线阵列材料制备35-36
• 3.3 Co_3O_4-Sn核壳结构纳米线阵列物相及微观形貌分析36-38
• 3.4 Co_3O_4-Sn核壳结构纳来线阵列电化学性能表征38-42
• 3.5 三维纳米阵列与平板电极性能对比42-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 Co-Sn核壳结构纳米线阵列性能研究46-62
• 4.1 引言46-47
• 4.2 Co-Sn核壳结构纳米线的制备47-50
• 4.2.1 Co纳米线阵列的制备47-50
• 4.2.2 Co-Sn核壳结构纳米阵列的制备50
• 4.3 Co-Sn核壳结构纳米阵列的物理表征50-53
• 4.4 Co-Sn核壳结构纳米阵列的电化学性能表征53-57
• 4.5 Sn层厚度对Co-Sn纳米阵列循环性能的影响57-59
• 4.6 本章小结59-62
• 第五章 全文总结62-64
• 参考文献64-74
• 致谢74-76
• 个人简介76-78
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果78

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