钴基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2017-09-19 21:44

  本文关键词：钴基纳米复合材料的制备及其电化学性能研究

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【摘要】：虽然锂离子电池具有能量密度高,工作电压高,放电时间长,重量轻等优点,而在便携式电子产品,电动交通工具,大型动力电源及储能领域占有很大市场,但是目前市场上的锂离子电池依旧存在循环稳定性较差,大电流放电能力弱,功率密度较低等不足。超级电容器是兼具优异循环性能和高功率密度的高效储能设备,被认为是传统储能设备的下一代产品。然而,超级电容器在实际的开发中也遇到了存储能量密度低的问题。为满足日益增长的储能设备的需求,开发更高性能的锂离子电池和超级电容器意义重大。而改进锂离子电池和超级电容器性能的关键在于开发性能更为优良的电极材料。目前,开发新型电极材料的思路主要有:1)复合材料,结合不同的材料来形成复合材料,不仅可以克服个别材料的缺点而体现所有成分的优点,还有可能因为不同材料特性互补形成增益效果。2)纳米材料,通过设计材料的微观结构,提高材料的比表面积,增加活性材料与电解质的接触面积,增多电化学活性位点,缩短离子和质子的扩散距离,进而提升电极性能。本论文在这两种思路的指导下,选取电化学反应活性高的钴基材料为主要研究对象做了以下研究:1.选取导电性良好的多壁碳纳米管,利用简单的水热合成法制备了中空六元环结构的羟基氟化钴镍和多壁碳纳米管的复合物,通过改变反应时间研究了中空六元环的结构的形成过程,后测试了中空六元环状羟基氟化钴镍/多壁碳纳米管作为的锂离子电池电极材料的性能。2.通过改变溶剂配比和氟化铵的浓度得到叉形羟基氟化钴镍/多壁碳纳米管复合材料,利用阴离子交换反应得到了不同结构的镍钴硫化物与多壁碳纳米管的复合材料,在材料结构与成分表征基础上,研究了它们的超级电容器性能。3.分别利用果糖、木糖、蔗糖与钴盐反应,在特定的升温速率下煅烧得到三层壳壳中空球结构的四氧化三钴,表征后测试了其超级电容器性能。
【关键词】：锂离子电池 超级电容器 钴基材料 纳米材料 复合材料
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM912;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-25
• 1.1 锂离子电池10-15
• 1.1.1 锂离子电池概述及发展历史10-11
• 1.1.2 锂离子电池的工作原理与结构11-12
• 1.1.3 锂离子电池的优缺点12-13
• 1.1.4 锂离子电池电极材料的研究现状13
• 1.1.5 锂离子电池电极材料的研究趋势13-15
• 1.2 超级电容器15-23
• 1.2.1 超级电容器概述及发展历史15-16
• 1.2.2 超级电容器的分类和储能机理16-17
• 1.2.3 超级电容器的优缺点17-18
• 1.2.4 超级电容器电极材料的研究现状18-19
• 1.2.4.1 碳材料18
• 1.2.4.2 导电聚合物（ Conducting polymers）18-19
• 1.2.4.3 过度金属氧化物或氢氧化物19
• 1.2.5 超级电容器正极材料的研究趋势19-23
• 1.3 本论文选题依据及主要研究内容23-25
• 第二章 中空六元环状羟基氟化钴镍／碳纳米管复合材料的制备及其锂离子电池性能研究25-33
• 2.1 前言25-26
• 2.2 实验部分26-27
• 2.2.1 实验材料26
• 2.2.2 多壁碳纳米管(MWCNT)的官能化26-27
• 2.2.3 羟基氟化钴镍和羟基氟化钴镍/多壁碳纳米管合材料的制备27
• 2.2.4 锂离子电池的制备27
• 2.3 材料表征27
• 2.4 结果与讨论27-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 中空六元环状和叉形八硫化九钴镍/碳纳米管复合材料的制备及其超级电容器性能研究33-42
• 3.1 前言33-34
• 3.2 实验部分34-35
• 3.2.1 实验材料34
• 3.2.2 实验方法34-35
• 3.2.3 超级电容器电极的制备35
• 3.3 材料表征35
• 3.4 电容器性能测试35-36
• 3.5 结果与讨论36-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第四章 三层壳壳中空球结构四氧化三钴的制备与超级电容器性能研究42-48
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验部分43-44
• 4.2.1 实验材料43
• 4.2.2 三层壳壳中空球结构Co_3O_4的制备43
• 4.2.3 电极的制备43-44
• 4.3 材料表征44
• 4.4 结果与讨论44-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第五章 总结与展望48-49
• 参考文献49-54
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文54-55
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利55-56
• 致谢56

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本文编号：884100