碳基纳米金属氧化物的制备及电化学性能研究

发布时间：2020-07-05 22:47

【摘要】：碳基纳米金属氧化物复合材料作为近些年来新兴的锂离子电池负极材料,不仅具备碳材料高导电性、高机械强度的特点,同时还具有纳米金属氧化物高比容量的优点。本论文选取三种不同的纳米金属氧化物作为活性材料,通过合成空腔、多孔及包覆结构的方法制备出三种碳基纳米金属氧化物复合材料,并研究分析电化学性能。1.使用碳纳米管(CNTs)为导电骨架,通过控制合成条件,使用水热法合成了三种不同内部结构的珠串Fe_3O_4-CNT复合材料,可以探究不同纳米结构对材料电化学性能的影响。在不同的电流密度下,不同内部结构的珠串Fe_3O_4-CNT复合材料具有不同的电化学性能,且空腔Fe_3O_4-CNT最适合用作锂离子电池负极材料。2.使用模拟废旧塑料主要成分的聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)作为碳源,以球形Co_3O_4为活性材料,经过催化碳化、氧化及刻蚀等步骤制备合成了Porous-Co_3O_4@C纳米复合材料,并对其进行了相应的表征。当作为锂离子电池负极材料时,Porous-Co_3O_4@C表现出了更优异的循环寿命及倍率性能。选取0.1 A/g的电流密度时循环100圈后的可逆比容量为1015.7 mAh/g,选取1 A/g的电流密度时循环300圈后的可逆比容量为760.8 mAh/g。3.使用CNTs作为导电骨架,通过水热法在其上负载了一定量的SnO_2纳米粒子,并且分别选取葡萄糖和多巴胺为碳源,制备了空腔CNT@SnO_2@C及CNT@SnO_2@CN_x两种碳纳米复合材料,并对其进行了相应的表征。CNT@SnO_2@CN_x纳米复合材料在作为锂离子电池材料时,表现出了更优异的循环寿命及倍率性能。当在电流密度为0.1 A/g时循环100圈后,CNT@SnO_2@CN_x纳米复合材料的可逆比容量为1087.5 mAh/g。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM912;TB383.1
【图文】：

题背景源和环境作为现代人类发展的两大议题，已经得到了人们越来越多的关注会飞速发展的近几十年中，传统不可再生能源(煤，石油和天然气)的消耗了源源不断的能量，但是由此引发的资源枯竭、环境污染等问题日益凸显们转向对可再生的新型清洁能源开发，如太阳能、风能等，但是其间断性低效率等缺点成为限制这类能源发展的桎梏。二次电池具有可循环、可再的特点，因而得到了蓬勃的发展。图 1.1 为几种不同可充电电池的能量密度对比图，从图中可以看出，锂离子电池具有较高的能量密度[1]。除此之电池所表现出来的无记忆效应、工作温度范围高、存储寿命长、安全性能已经被广泛应用于个人电子商品、公共交通、军工等方面。全球企业增长ost & Sullivan 调查研究显示，2020 年全球商用锂离子电池市场份额将达到[2]。近些年来，以锂离子电池作为动力电池的电动汽车已经引起国内外的我国作为能源消耗大国，锂离子电池产业正在飞速发展，其中以比亚迪能源公司所研发的电动汽车处于国内领先水平。

新一代电池系统，成为目前锂离子电池领域发展的重要研生产意义[4]。池池组成示的商业化柱状锂离子电池，主要由正极、负极、电解液的隔膜组成[5]。商业化锂离子电池正极材料采用钴酸锂（石墨作为负极。电解液由锂盐和混合溶剂体系组成，常见，混合溶剂体系由碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）DEC）等碳酸烷基酯组成[6]。这种混合体系可以提供较高学稳定性高。隔膜采用聚烯类微孔膜，如聚乙烯（PE），或铝材料，盖体组织有防爆功能。

子电池工作原理种二次可充电电池，锂离子电池的充放电过程依赖于 Li+在两极。图 1.3 是商业化锂离子电池的工作原理示意图：正极为 LiCoO2放电时，锂离子和电子同时从正极中脱出，朝着相反的方向传/电解液界面扩散进入电解液中，电子通过电极和集流体的接触界状态的负极。最后锂离子和电子通过两个不同的途径，通过负极负极材料中，完成放电过程。反之为充电过程：锂离子从负极脱嵌回处于缺锂状态的正极材料中，与此同时，电子通过外电路从电压。通过锂离子在正负极之间的往返传递，构筑了锂离子电池反应公式如下：正极反应：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-负极反应：nC + xLi++ xe- LixCn总反应：LiCoO2+ nC Li1-xCoO2+ LixCn

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本文编号：2743235