尖晶石型镓酸锌纳米材料及其碳复合材料的制备及储锂性能的研究

发布时间：2018-02-11 23:37

  本文关键词： 锂离子电池 负极材料 过渡金属氧化物 微纳材料 ZnGa_2O_4　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着社会的发展与科技的进步,化石燃料(煤、石油等)的过度消耗造成了严重的能源危机和环境污染等问题。因此,开发高效、可持续利用的新型能源已成为国内外专家和科研工作者的研究重点。在众多的储能装置中,锂离子电池(LIBs)具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应及自放电小等优点,已普遍应用在各类便携式电子设备(如手提电脑、智能手机等)中。为了满足人们对电动汽车、混合动力汽车及智能电网等大型电器和储能体系的需求,探索和开发具有更高能量密度及长续航能力的新型LIBs材料变得尤为迫切。过渡金属氧化物(TMOs)具有合成方法简单、形貌可控、理论容量高及充放电储锂机制多样等优点,备受研究人员的青睐。其中,尖晶石型双金属TMOs中两种金属协同效应的存在,使其电化学性能比单金属TMOs更加优异。但是,TMOs存在自身电子导电性较差、首次放电不可逆容量损失大、循环过程中体积膨胀严重等缺点。因此,通过控制材料的微观形貌及构筑复合材料能有效改善LIBs的电化学性能,进而实现其在LIBs中的大规模应用。本论文主要从设计构筑微纳材料入手,成功合成了尖晶石型的ZnGa_2O_4纳米立方块和蛋黄-蛋壳结构的ZnGa_2O_4@C复合材料,并将它们作为LIBs负极材料,进行了储锂性能测试。(1)我们以Zn(CH_3COO)_2·2H_2O、Ga(NO_3)_3·xH_2O和尿素为原料,通过简单的一步水热法成功制备出ZnGa_2O_4纳米立方块,并对产物的物相及结构进行了表征,并对ZnGa_2O_4纳米立方块进行了储锂性能测试,探究了它作为LIBs负极的可能性。ZnGa_2O_4纳米立方块表现出良好的循环稳定性,在100 mA g~(-1)电流密度下循环160圈后,ZnGa_2O_4纳米立方块的容量能够保持在720 mAh g~(-1),锂电性能优于ZnGa_2O_4纳米球和ZnO/Ga_2O_3机械混合样。(2)我们通过水解聚合的方法在ZnGa_2O_4纳米球前驱体外包覆一层二氧化硅(SiO_2),再包覆一层间苯二酚甲醛聚合物(RF),然后600℃碳化RF,采用NaOH溶液刻蚀掉SiO2,制备出了蛋黄-蛋壳结构的ZnGa_2O_4@C纳米球。作为LIBs负极材料,ZnGa_2O_4@C较大的比表面积能够增大电极和电解液的接触面积,缩短Li~+的扩散路径,进而提高电极过程动力学。无定形碳材料有效提高了电极材料的导电性,外层碳壳与内层核之间的空腔能够提供一定的空间,缓冲循环过程中的体积变化。蛋黄-蛋壳结构的ZnGa_2O_4@C纳米球在电化学循环过程中表现出较高的质量比容量和倍率性能。
[Abstract]:In order to meet the needs of large electric appliances and energy storage systems , such as electric vehicles , hybrid vehicles and smart grids , it has been widely used in various kinds of portable electronic devices ( such as portable computers , smartphones , etc . ) .

【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM912;TB332

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本文编号：1504271