复合金属氧化物的制备及其锂电性能的研究

发布时间：2017-09-25 21:17

  本文关键词：复合金属氧化物的制备及其锂电性能的研究

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【摘要】：锂离子电池(LIBs)作为新一代二次电池体系,具有能量高、循环寿命长、质量较轻、无污染等优点,成为备受关注的电化学能量存储器件。开发和探索成本低、性能优越的新型负极材料是当前LIBs研究的一个关键目标。然而石墨作为现在商业上普遍使用的LIBs负极材料,理论比容量较低,已经不能够满足LIBs的发展需求。在众多的锂电负极材料中,过渡金属氧化物负极材料具有相对高的理论比容量,逐渐成为近年来负极材料研究的热点。然而,这类材料的导电性较差,在充放电过程中的体积变化较大,导致容量迅速下降,限制了这一类负极材料的进一步应用。将过渡金属氧化物负极材料进行纳米化以及利用多种金属氧化物的协同储锂改善电极材料的活性和提升电极材料性能成为近年来倍受关注的改性方法。本文采用去合金化法制备了一系列复合金属氧化物纳米材料,并系统研究材料的储锂性能。本论文的主要内容有:1.设计并炼制组分均匀可控的Mn Fe Al、MnCo Al和TiCo Al三元合金作为前躯体材料。通过去合金化法,选择性去除Al原子,合金中剩余的金属原子在碱性溶液中能够结合氧自发氧化为复合金属氧化物纳米材料。通过控制不同的反应时间,最终制得Mn3O4/Fe3O4纳米花、MnCoOx微纳米球和纳米多孔TiO2/Co3O4复合金属氧化物纳米材料。2.表征所制备的Mn3O4/Fe3O4纳米花、MnCoOx微纳米球和纳米多孔TiO2/Co3O4复合金属氧化物纳米材料的结构和成分。通过扫描电镜看以看出,所制备的Mn3O4/Fe3O4纳米花的结构是由一系列规则正六边形纳米片交织而成,MnCoOx微纳米球是由相互连接的纳米片堆叠组成,TiO2/Co3O4纳米材料显示出了均匀连续的纳米多孔结构。同时,通过X射线光电子能谱、X射线能量色散谱和X射线粉末衍射等测试手段表征所制备的复合金属氧化物材料的结构和成分。可以看出,通过去合金化制备的复合金属氧化物材料结构均匀、组分可控。3.通过电化学方法表征所制备的复合金属氧化物纳米材料的锂电性能。基于形成的纳米结构的优异性能和不同组分的协同作用,制备的复合金属氧化物纳米材料在作为LIBs负极材料时表现出较高的电化学性能。Mn3O4/Fe3O4纳米花复合材料在电流密度为300 mA g-1时循环200次之后容量可以达到1040.3 mAh g-1、MnCoOx微纳米球在300 m A g-1电流密度下循环450次和1000 mA g-1的电流密度下循环500次后仍能保持较高的容量、纳米多孔TiO2/Co3O4复合材料可以实现比纳米多孔TiO2高的放电容量和循环稳定性。同时,所制备的复合金属氧化物材料相比于单独的氧化物材料,容量上有很大的提升,并且有很好的倍率性能。简便制备和优越的性能使制备的复合金属氧化物纳米材料在作为LIBs的负极材料的实际应用中有很大的潜力。
【关键词】：锂离子电池 金属氧化物 去合金化 负极材料 纳米材料
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TM912
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 锂离子电池的发展及其工作原理11-12
• 1.2 锂离子电池负极材料的研究进展12-22
• 1.2.1 嵌入/嵌出反应类材料13-16
• 1.2.2 合金反应类材料16-18
• 1.2.3 转换反应类材料18-22
• 1.3 选题的目的和意义22-23
• 第二章 实验方案设计与研究方法23-25
• 2.1 复合金属氧化物材料的制备23
• 2.2.1 三元合金的设计和制备23
• 2.2.2 复合金属氧化物的制备23
• 2.2 结构表征23-24
• 2.3 实验试剂24
• 2.4 锂电性能测试24-25
• 第三章 Mn_3O_4/Fe_3O_4纳米花的制备及其锂电性能的研究25-35
• 3.1 引言25-26
• 3.2 结果与讨论26-33
• 3.2.1 Mn_3O_4/Fe_3O_4纳米花材料的表征26-30
• 3.2.2 Mn_3O_4/Fe_3O_4纳米花材料的锂电性能测试30-33
• 3.3 结论33-35
• 第四章 MnCoO_x微纳米球的制备及其锂电性能的研究35-45
• 4.1 引言35-36
• 4.2 结果与讨论36-43
• 4.2.1 MnCoO_x微纳米球材料的表征36-40
• 4.2.2 MnCoO_x微纳米球材料的锂电性能测试40-43
• 4.3 结论43-45
• 第五章 纳米多孔TiO_2/Co_3O_4的制备及其锂电性能的研究45-55
• 5.1 引言45-46
• 5.2 结果与讨论46-53
• 5.2.1 纳米多孔TiO_2/Co_3O_4材料的表征46-50
• 5.2.2 TiO_2/Co_3O_4纳米花材料的锂电性能测试50-53
• 5.3 结论53-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 参考文献57-67
• 致谢67-68
• 附录68-69

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本文编号：919627