钴酸锌基纳米复合材料的制备及其锂离子电池性能研究

发布时间：2017-10-23 23:33

  本文关键词：钴酸锌基纳米复合材料的制备及其锂离子电池性能研究

  更多相关文章： 锂离子电池 负极材料 ZnCo_2O_4@CNT ZnCo_2O_4@MnO_2 复合材料

【摘要】：近年米,由于便携电子设备,电动汽车的需求不断增长,拥有高比容量、充放电速度快、循环周期长等特点的锂电池电极材料备受关注。目前商业中锂电池主要使用的电极材料为石墨,其理论容量为374mAh/g,很难以满足人们的需求,因此需要寻找更好的负极材料来代替石墨。Co基尖品石结构由于其较高可逆容量而被广泛研究。在Co基尖品石结构中,ZnCo2O4由于其低毒性,低成本,热稳定性高,容量大等特点备受关注。然而,由于其导电率低,充放电循环过程中体积变化较大也需要进一步改进,将其与导电性好或者比容量高的纳米材料进行复合,利用两种材料的协同效应,是一种提高其电容性质的有效途径。本论文研究围绕ZnCo2O4纳米材料,成功制备了ZnCo2O4纳米线阵列、ZnCo2O4/碳纳米管和ZnCo2O4/MnO2复合材料,并探索了它们的锂离子电池性质,主要工作如下：(1)通过水热法在镍网上合成了ZnCo2O4纳米线,采用SEM、XRD、TG、电化学测试等手段对样品的结构、形貌、电化学性能进行研究。ZnCo2O4纳米线宽度为100nm,长度约为5μm-8μm。其作为负极的锂离子电池首次放电容量有1498 mAh/g,经过50次充放电循环以后,容量仍有612 mAh/g。通过延长水热反应的时间,得到了长度更长的纳米线,通过电化学循环测试,结果表明材料的充放电容量会随着纳米线长度的增加而降低。(2)针对ZnCo2O4材料本身的导电率较低,充放电循环容量保持率不高等缺点,在(1)的研究基础上,在ZnCo2O4纳米线外用化学气相沉积法成功了包覆一层碳纳米管(ZnCo2O4@CNT)。通过SEM、XRD、电化学测试等测试手段对样品的结构、形貌、电化学性能进行表征,对CNT的包覆原理进行了分析。电化学测试结果表明ZnCo2O4纳米线与碳纳米管复合后,首次放电容量有1392 mAh/g,经过50次充放电循环以后容量仍有735 mAh/g,在0.5 A/g大电流充放电时容量为570。相比于单纯的ZnCo2O4材料,包覆碳纳米管的复合材料具有更好的循环稳定性与快速充放电性能。(3)将ZnCo2O4材料与KMnO4溶液通过水热反应,在ZnCo2O4纳米线外成功包覆了Mn02,得到了ZnCo2O4通过SEM、XRD、TEM等测试方式验证了包覆物的成分为MnO2,并对包覆后的复合材料进行电化学测试,结果表明虽然复合材料的循环稳定性很高,但其首次放电不可逆容量较大,循环容量较低,第二次循环的放电容量为314 mAh/g,经过50次循环以后容量为215 mAh/g。(4)将基底更换为柔性的碳布,在上面生长ZnCo2O4纳米线复合材料后作为负极,用柔性的LiCoO2作为正极材料组装为柔性锂离子电池,测试其充放电容量。
【关键词】：锂离子电池 负极材料 ZnCo_2O_4@CNT ZnCo_2O_4@MnO_2 复合材料
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 锂离子电池简介11-14
• 1.2.1 锂离子电池的工作原理11-13
• 1.2.2 锂离子电池的结构及其优点13-14
• 1.3 常见锂离子电池电极材料14-18
• 1.3.1 常见锂离子电池正极材料15-16
• 1.3.2 常见锂离子电池负极材料16-18
• 1.4 纳米材料在锂电池中应用18
• 1.5 论文选题依据及主要研究内容18-20
• 第二章 ZnCo_2O_4的制备及其作为锂离子电池负极材料的性能研究20-32
• 2.1 引言20-21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 实验药品及仪器21-22
• 2.2.2 样品合成22
• 2.2.3 材料的表征与性能测试22-23
• 2.3 样品表征23-27
• 2.3.1 XRD分析23
• 2.3.2 热重分析23-25
• 2.3.3 SEM分析25-27
• 2.4 样品的电化学性能27-31
• 2.4.1 循环伏安27-28
• 2.4.2 充放电循环28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 ZnCo_2O_4复合材料的制备及其作为锂离子电池负极材料的性能研究32-50
• 3.1 引言32-33
• 3.2 ZnCo_2O_4@CNT复合材料的制备及性能研究33-41
• 3.2.1 实验药品及仪器33-34
• 3.2.2 样品合成34
• 3.2.3 ZnCo_2O_4@CNT复合材料的表征34-37
• 3.2.4 碳纳米管的生长机理37-38
• 3.2.5 ZnCo_2O_4@CNT复合材料的电化学性能38-41
• 3.3 ZnCo_2O_4@MnO_2复合材料的制备及性能研究41-46
• 3.3.1 实验药品及仪器41-42
• 3.3.2 样品合成42
• 3.3.3 ZnCo_2O_4@MnO_2复合材料的表征42-45
• 3.3.4 ZnCo_2O_4@MnO_2复合材料的电化学性质45-46
• 3.4 基于碳布的柔性电池46-48
• 3.4.1 样品合成46-47
• 3.4.2 性能测试47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 结论与展望50-52
• 参考文献52-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈军;陶占良;袁华堂;;锂离子二次电池电极材料的研究进展[J];电源技术;2007年12期

，

本文编号：1085968