多孔和具有纳米间隙四氧化三钴的制备及其在锂离子电池中的应用

发布时间：2017-08-15 21:51

  本文关键词：多孔和具有纳米间隙四氧化三钴的制备及其在锂离子电池中的应用

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【摘要】：最近几年,锂离子二次电池已经成为最受人们重视和发展最快的高能量电池,它具有循环寿命长、比能量高、安全无污染、工作电压高等优点。而现如今,石墨碳负极材料已经商业化,但其比容量(300-350 mA h g-1)较低,不能满足快速充电的要求。而过渡金属钴氧化物(CoO、Co3O4)理论比容量达到700-1000 mA h g-1,但是存在较为严重的体积效应。因此人们对其进行广泛的研究。目前的文献研究中主要通过两种方法解决这个问题：一、通过将材料制成多孔状或者存在较大的纳米间隙,缓冲体积效应,使得电解液和电极材料充分接触,增强导电性；二、通过和碳基材料的复合化,促进电子的快速传输和缓冲活性材料在充放电过程中的体积效应。本课题研究方向主要在于研究合成多孔、纳米间隙的四氧化三钴材料以此提高锂离子电池性能。(1)首次采用反蛋白石SiO_2,使用垂直沉积法和旋涂法制备出了反蛋日石结构Co3O4,并且通过改变旋涂次数来调节钴的含量。作为锂离子电池的负极材料使用时,这些反蛋白石结构Co3O4材料具有高比容量和循环性能,旋涂两次后维持在-900 mA h g-1,旋涂一次后维持在-700 mA h g-1。(2)在上章的基础上,继续采用反蛋白石SiO_2作为模板,首次采用垂直沉积法和水热法结合的方法,研究了有无SiO：反蛋白石结构模板对比测试的电化学性能。经研究发现,稻草状Co3O4的循环性能稳定,其在0.5 C的倍率下首次放电比容量为1120 mAhg-1,经过100次循环后,比容量维持在963 mA h g-1。而无SiO_2反蛋白石结构模板制备出的海胆状Co3O4,其在0.5 C的倍率下首次放电比容量达到-1630 mA h g-1,经过100次循环后,比容量衰减到-200 mA h g-1(3)延续前两章的中心思想,采用介孔SiO_2作为模板,将介孔SiO_2模板复制到钴盐前驱体上,高温煅烧,制备出介孔Co3O4,再通过常规机械搅拌法,将不同比例的石墨烯负载在介孔Co3O4上。此章研究了不同比例的石墨烯负载在介孔Co3O4复合材料的电化学性能,经研究发现,当石墨烯负载在介孔Co3O4复合材料的比例为1：5时综合性能最好,在电流密度0.2 C时,经过50圈,还保持在700 mA hg-1。
【关键词】：锂离子电池负极材料 反蛋白石结构Co_3O_4 石墨烯 稻草状结构Co_3O_4
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912;TQ138.12
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-9
• 第一章 绪论9-35
• 1.1 锂离子电池的研究意义9
• 1.2 概述9-12
• 1.2.1 锂离子电池的发展历史9-11
• 1.2.2 锂离子电池的工作原理11-12
• 1.2.3 锂离子电池的特点及发展趋势12
• 1.3 锂离子电池的分类12-13
• 1.4 锂离子电池的结构构成13-18
• 1.4.1 锂离子电池正极材料13
• 1.4.2 电解液13
• 1.4.3 隔膜13-14
• 1.4.4 负极材料14-18
• 1.4.4.1 碳负极材料14-15
• 1.4.4.2 锡基负极材料15
• 1.4.4.3 硅基负极材料15-16
• 1.4.4.4 其他负极材料16
• 1.4.4.5 过渡金属氧化物负极材料16-18
• 1.5 Co_3O_4负极材料的研究18-24
• 1.5.1 Co_3O_4负极材料结构18-19
• 1.5.2 充放电机理19
• 1.5.3 合成方法和研究现状19-22
• 1.5.4 存在问题、改性方法22-24
• 1.5.4.1 纳米化改性22-23
• 1.5.4.2 复合化改性23-24
• 1.6 本论文选题依据和研究内容24-26
• 1.6.1 选题依据24-25
• 1.6.2 研究内容25-26
• 参考文献26-35
• 第二章 有序大孔材料-四氧化三钴反蛋白石结构的制备及其电池性能的研究35-48
• 2.1 前言35
• 2.2 实验部分35-38
• 2.2.1 试剂及仪器35-37
• 2.2.2 反蛋白石结构Co_3O_4的制备37
• 2.2.3 产品的表征37
• 2.2.4 电化学性能测试37-38
• 2.3 结果与讨论38-42
• 2.3.1 SiO_2@PS蛋白石结构模板的电镜表征38
• 2.3.2 SiO_2反蛋白石结构模板的电镜表征38-39
• 2.3.3 Co_3O_4反蛋白石结构的电镜表征39
• 2.3.4 不同旋涂次数Co_3O_4反蛋白石结构的SEM对比表征39-40
• 2.3.5 Co_3O_4反蛋白石结构的XRD表征40-41
• 2.3.6 Co_3O_4反蛋白石结构的Element mapping表征41-42
• 2.3.7 Co_3O_4反蛋白石结构的EDX表征42
• 2.4 电化学性能测试42-45
• 2.4.1 旋涂一次的Co_3O_4反蛋白石结构的CV循环图42-43
• 2.4.2 Co_3O_4反蛋白石结构在不同旋涂次数下煅烧后的循环性能43-44
• 2.4.3 旋涂两次的Co_3O_4反蛋白石结构在不同电流密度下的的倍率性能图44-45
• 2.5 本章小结45-46
• 参考文献46-48
• 第三章 有序大孔材料-稻草状四氧化三钴结构的制备及其电池性能的研究48-60
• 3.1 前言48
• 3.2 实验部分48-51
• 3.2.1 试剂及仪器48-50
• 3.2.2 稻草状结构Co_3O_4的制备50-51
• 3.2.3 产品的表征51
• 3.2.4 电化学性能测试51
• 3.3 结果与讨论51-55
• 3.3.1 稻草状结构Co_3O_4材料的表征51-53
• 3.3.2 稻草状结构Co_3O_4材料的生长机理的研究53-55
• 3.4 电化学性能测试55-57
• 3.4.1 稻草状Co_3O_4结构的CV循环图55-56
• 3.4.2 稻草状Co_3O_4结构和海胆状Co_3O_4结构在0.5 C电流密度下的充放电性能图56
• 3.4.3 稻草状Co_3O_4结构在不同电流密度下的的倍率性能图56-57
• 3.5 本章小结57-58
• 参考文献58-60
• 第四章 有序介孔材料-四氧化三钴材料和与石墨烯复合改性材料的制备及其电池性能的研究60-71
• 4.1 前言60
• 4.2 实验部分60-63
• 4.2.1 试剂及仪器60-62
• 4.2.2 介孔Co_3O_4及其复合材料的制备62
• 4.2.3 产品的表征62
• 4.2.4 电化学性能测试62-63
• 4.3 结果与讨论63-66
• 4.3.1 介孔Co_3O_4和介孔Co_3O_4/石墨烯复合材料电镜表征63-64
• 4.3.2 介孔Co_3O_4和不同比例的介孔Co_3O_4/石墨烯复合材料热重表征64-65
• 4.3.3 介孔Co_3O_4和不同比例的介孔Co_3O_4/石墨烯复合材料拉曼表征65-66
• 4.4 电化学性能测试66-68
• 4.4.1 介孔Co_3O_4结构的CV循环图66-67
• 4.4.2 介孔Co_3O_4/石墨烯复合材料在不同比例下,0.2 C电流密度下的循环性能图67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 参考文献69-71
• 第五章 结论71-72
• 硕士期间发表论文和专利72-73
• 致谢73-74

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