铁酸镍负极材料的改性及其电化学性能研究

发布时间：2017-12-09 17:32

  本文关键词：铁酸镍负极材料的改性及其电化学性能研究

  更多相关文章： 锂离子电池 负极材料 复合改性 铁酸镍 石墨烯 碳包覆

【摘要】：如今,随着社会对清洁能源需求的增加,锂离子电池在电动汽车和大规模储能领域的应用越来越广泛,与此同时对锂离子电池高能量密度的电化学性能需要进一步提高。目前,锂离子电池的研究热点集中在开发比容量高、循环性能好、安全性能好的负极材料上,在过渡金属氧化物当中,NiFe2O4被认为是一种极具应用前景的锂离子电池负极材料,因为NiFe2O4具有915 mAhg-1的理论比容量,而且资源丰富,成本较低,对环境友好。但是NiFe2O4材料本身存在电导率低、充放电循环过程中体积变化大等问题,导致差的循环稳定性,电化学性能不理想。本文以NiFe2O4为研究对象,结合石墨烯的优异导电性能、储锂特性和复合改性技术,采用水热法原位合成了NiFe2O4/石墨烯复合负极材料,并用碳源对其进行包覆改性提高材料的电化学性能,系统的探讨了复合材料的结构与形貌对其电化学性能的影响。取得了以下主要实验成果:(1)采用水热法制备了球状NiFe2O4负极材料纳米颗粒,该颗粒具有均匀的尺寸和较高的结晶度,对制备工艺进行了研究发现:最佳制备工艺为水热时间24 h,热处理温度400℃时,材料在100 mAg-1电流密度下,首次放电容量高达1361mAhg-1,电化学性能表现良好。(2)采用水热一步原位还原制备了NiFe2O4纳米颗粒均匀分散在石墨烯表面的复合材料。石墨烯的复合,有利于提高NiFe2O4的分散性,并且能够作为应力缓冲基质和增强NiFe2O4的导电性,电化学测试得出最佳的水热温度180℃,最佳的石墨烯含量10%,在石墨烯含量为10%的复合材料中,首次放电比容量为1068 mAhg-1,循环20次后容量保持率70.8%,阻抗和循环伏安测试表明其具有较小的内阻且具有良好的可逆性。(3)采用碳包覆合成NiFe2O4/石墨烯/C复合材料,电化学性能测试表明当蔗糖或抗坏血酸两种碳源的含量为20%时制备的材料具有优良的性能。蔗糖和抗坏血酸比例为20%的NiFe2O4/石墨烯/C复合材料,在100 mAg-1电流密度下,恒流充放电测试表明首次放电容量分别为1031、1362 mAhg-1,循环20次后的容量保持率分别为72.2%、71.6%,均比未包覆前的NiFe2O4/石墨烯复合材料的循环性能有所提高。进行碳源的包覆能够增加材料的导电性能,提高活性材料电化学性能。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912

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