水滑石前体法过渡金属化合物锂离子电池负极材料的制备与电化学性能的研究

发布时间：2017-09-11 00:01

  本文关键词：水滑石前体法过渡金属化合物锂离子电池负极材料的制备与电化学性能的研究

  更多相关文章： 锂离子电池 负极材料 水滑石 过渡金属化合物 纳米复合材料 电化学性

【摘要】：能源与环境的问题是全球所共同关注的两大问题。高效、清洁的锂离子电池已成功在移动式电子设备、电动汽车等诸多应用领域发挥着关键作用。近年来不断拓宽的锂离子电池应用范围,迫切需求研发高容量、高倍率、长循环的锂离子电池材料。过渡金属化合物锂离子电池用负极材料,虽然具有比商用碳负极材料更高的理论容量,但因普遍存在充/放电程中形变较大和导电性差的共性问题而制约着锂离子电池性能的提升。近年来,水滑石在电化学方面引起众多研究者的关注。本文利用高温热裂解手段处理水滑石类化合物前体,成功制备出两种过渡金属化合物复合材料(MgFe2O4/ZnFe2O4, Co9S8/A12O3/C),显著提高了在锂离子电池中用作负极材料的电化学性能。论文的主要内容和创新点如下：(1)采用成核晶化隔离法宏量制备出MgZnFe-LDH前体,通过焙烧、酸蚀处理后得到MgFe2O4/ZnFe2O4纳米复合材料。XRD、SEM、 HRTEM研究结果表明MgFe2O4/ZnFe2O4的纳米颗粒分布均一且分散均匀。MgFe2O4/ZnFe2O4纳米复合材料相对于物理混合的mMgFe2O4/ZnFe2O4作为锂离子电池负极材料具有较好的循环及倍率性能。并探讨了电化学性能提高的原因在于：(i)制备过程中产生的介孔结构,有利于在充放电的过程中电解质溶液与电极材料的接触；(ⅱ)双活性物质互相限域,一定程度上缓冲了充放电过程中体积的变化,提高了复合物的电化学性能。(2)利用水滑石的层板与层间阴离子种类的可调性,将表面活性剂型阴离子(SDS)插层到水滑石Co2+Co3+Al-LDH层间,得到Co2+Co3+Al-DS-LDH前体,在惰性气氛下焙烧后得到Co9S8/Al2O3/C纳米复合材料。电化学性能测试结果表明Co9S8/Al2O3/C复合物在电流密度100 mA g-1时循环200圈后比容量能保持在970.3 mA h g-1,是第一圈充电比容量的88%。在整个可逆循环过程中库伦效率基本保持在97%以上。Co9S8/Al2O3/C复合物提高的电化学性能归因于：(ⅰ)复合物中的碳能够增加导电性,防止多硫化物产生的中间体的溶解及与有机电解质的反应；(ⅱ)非活性基质Al2O3能够缓冲体积的变化。
【关键词】：锂离子电池 负极材料 水滑石 过渡金属化合物 纳米复合材料 电化学性
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 研究背景13
• 1.2 锂离子电池的概述13-22
• 1.2.1 锂离子电池的工作原理13-15
• 1.2.2 金属氧化物的储锂机理15-16
• 1.2.3 过渡金属氧(硫)化物的储锂机理16
• 1.2.4 锂离子电池的负极材料16-22
• 1.3 阴离子层状材料-水滑石的概述22-25
• 1.3.1 水滑石的结构与组成23
• 1.3.2 水滑石的性质23-24
• 1.3.3 水滑石的应用24-25
• 1.3.4 水滑石基锂离子电池负极材料的研究进展25
• 1.4 本课题研究内容、目的和意义25-27
• 1.4.1 选题的目的及意义25-26
• 1.4.2 研究内容26-27
• 第二章 实验部分27-31
• 2.1 实验试剂27
• 2.2 实验仪器27-28
• 2.3 样品的表征方法28-29
• 2.3.1 X射线粉末衍射分析----XRD28
• 2.3.2 扫描电子显微镜分析----SEM28
• 2.3.3 透射电子显微镜分析----TEM28-29
• 2.3.4 等离子发射光谱仪---ICP-ES29
• 2.3.5 X射线光电子能谱分析----XPS29
• 2.3.6 程序升温物理吸附仪分析---BET29
• 2.4 电极制备和电池装配29-31
• 2.4.1 电极的制备29
• 2.4.2 电池的装配29
• 2.4.3 电池性能的测试29-31
• 第三章 MgFe_2O_4/ZnFe_2O_4纳米材料的制备及其锂离子电池性能的研究31-47
• 3.1 引言31-32
• 3.2 实验内容32
• 3.2.1 MgZnFe-LDH前体的制备32
• 3.2.2 MgFe_2O_4/ZnFe_2O_4纳米材料的制备32
• 3.3 结果与讨论32-44
• 3.3.1 MgZnFe-LDH前体的结构与形貌表征32-34
• 3.3.2 MgFe_2O_4/ZnFe_2O_4纳米复合物的结构与形貌的表征34-39
• 3.3.3 MgFe_2O_4/ZnFe_2O_4纳米复合物的锂离子电池性能39-44
• 3.4 本章小节44-47
• 第四章 过渡金属硫化物的制备及其锂离子电池性能的研究47-63
• 4.1 引言47-48
• 4.2 实验部分48
• 4.2.1 Co~(2+)Co~(3+)Al-DS-LDH水滑石前体的制备48
• 4.2.2 Co_9S_8/Al_2O_3/C纳米复合物的制备48
• 4.3 结果与讨论48-55
• 4.3.1 Co_9S_8/Al_2O_3/C纳米复合物制备实验流程48-49
• 4.3.2 Co~(2+)Co~(3+)Al-DS-LDH前体的形貌与结构分析49-51
• 4.3.3 Co_9S_8/Al_2O_3/C纳米复合物的结构与相貌表征51-55
• 4.4 Co_9S_8/Al_2O_3/C纳米复合物电化学性能55-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 结论63-65
• 创新点65-67
• 参考文献67-77
• 致谢77-79
• 研究成果及发表论文79-81
• 作者和导师简介81-82
• 附件82-83

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 毛纾冰;表面原位合成法制备高分散镍催化剂及其催化加氢脱氯性能研究[D];北京化工大学;2005年

，

本文编号：827386