插层复合电极材料的制备及储能性能研究

发布时间：2017-08-29 01:08

  本文关键词：插层复合电极材料的制备及储能性能研究

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【摘要】：随着社会的发展和进步,人类对新能源也越来越渴望。其中电化学储能作为新能源体系的重要组成部分,被认为是可替代化石能源体系的可持续发展能源体系。超级电容器、锂离子电池作为电化学储能系统的重要组成部分近年来引起了广泛的关注。在电化学储能装置中,电极材料是其重要构成部分,在电化学性能和材料的成本方面,都起到关键作用。本文合成了钒氧化物插层镍铝水滑石、镍钴水滑石和以镍钴水滑石为前驱体的三元电极材料,并对其电化学性能进行了的研究。具体如下：1、通过水热合成法制备了镍铝水滑石,以镍铝水滑石为前驱体,通过调整溶液的pH值,采用离子交换法制备了不同插层量的钒氧化物插层镍铝水滑石。考察了不同Ni:Al摩尔比的插层水滑石结构和性能的变化规律。随着Ni:Al摩尔比变小,V氧化物插层量逐渐变大,层间V氧化物阴离子增多,导致水滑石层间距变大。随后考察了反应溶液的pH对插层量的影响,发现pH越高,偏钒酸根离子与氢离子结合形成的阴离子半径越小,插层量越小。钒氧化物的插层量越多,材料的层间距变大,暴露了更多的活性位点,与电解液充分反应,有较高的比容量和循环稳定性逐渐增大。当插层量继续变大,由于活性物质Ni的减少,材料的比容量开始下降,不过由于不具备电化学活性的A1增多,材料的循环稳定性提高。插层过程中溶液的pH越小,致使钒氧化物插层含量的增多,电极材料的电化学性能越好。在Ni,Al金属摩尔比为3：1,实验过程中溶液pH为4.5时,电流密度为1 A·g-1时的钒氧化物插层镍铝水滑石有较高的比电容达900 F·g-1。2.以硝酸钴、硝酸镍为原料,尿素为沉淀剂,采用简单的回流法制备了层状堆叠的类球状镍钴水滑石,其中镍钴摩尔比为4：1,层间阴离子为碳酸根离子,具备水滑石的层状结构。随后研究了其作为超级电容器材料的电化学性能。实验结果表明：在6M KOH电解液中,电流密度为1 A·g-1时比容量达1873 F·g-1,在10 A·g-1电流密度下循环1000圈后比电容保持81%。3.以镍钴水滑石为前驱体,在水滑石过夜溶胀后利用离子交换法进行了锰氧化物插层反应,制得锰氧化物插层镍钴水滑石。插层的水滑石再与LiOH混合均匀,在不同的温度下进行焙烧,从而得到一系列锂离子电池LiNi0.7CoO.15Mn0.15O2正极材料。随着焙烧温度的升高,材料的层状结构越来越明显,当升高到800℃,材料表面光滑,分散均匀,具有明显层状结构。此时材料的比容量和循环稳定性也最好。在0.1C电流密度、2.75-4.5V(vs.Li+/Li)电压下复合材料的比容量为193mAh·g-1,循环20周后,容量保持率为91%。
【关键词】：镍铝水滑石 镍钴水滑石 插层水滑石 超级电容器 锂离子电池
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O646
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 引言14
• 1.2 超级电容器14-20
• 1.2.1 超级电容器概述14-16
• 1.2.2 超级电容器储能机理16-18
• 1.2.3 超级电容器电极材料研究现状18-20
• 1.3 锂离子电池20-24
• 1.3.1 锂离子电池概述20-21
• 1.3.2 锂离子电池的结构与工作机理21
• 1.3.3 锂离子电池层状正极材料研究现状21-24
• 1.4 插层水滑石24-30
• 1.4.1 插层水滑石概述24-25
• 1.4.2 水滑石的结构25-26
• 1.4.3 插层水滑石的制备26-28
• 1.4.4 水滑石在锂离子电池中的应用28-29
• 1.4.5 水滑石在超级电容器中的应用29-30
• 1.5 论文选题的目的与意义30-31
• 1.6 论文主要研究内容31-32
• 第二章 实验仪器与测试方法32-38
• 2.1 实验所用主要试剂32-33
• 2.2 实验所用仪器33-34
• 2.3 测试分析仪器34
• 2.4 电化学性能测试34-38
• 2.4.1 超级电容器电化学性能测试34-35
• 2.4.2 锂离子电池电化学性能测试35-38
• 第三章 钒氧化物插层镍铝水滑石及其超级电容器性能研究38-56
• 3.1 引言38
• 3.2 实验内容38-39
• 3.2.1 镍铝水滑石前驱体的制备38-39
• 3.2.2 不同pH值条件下制备钒氧化物插层水滑石的复合材料39
• 3.2.3 以镍铝水滑石前驱体制备钒氧化物插层的复合材料39
• 3.3 结果与讨论39-53
• 3.3.1 pH值对镍铝水滑石插层复合材料的结构和性能的影响39-43
• 3.3.2 不同摩尔比下钒氧化物插层NiAl-LDH复合材料的形貌、结构分析43-48
• 3.3.3 不同摩尔比下钒氧化物插层NiAl-LDH电化学性能研究48-53
• 3.4 本章小结53-56
• 第四章 锰氧化物插层镍钴水滑石的制备及LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2锂电池性能研究56-78
• 4.1 引言56-57
• 4.2 实验部分57
• 4.2.1 镍钴水滑石的合成57
• 4.2.2 锰氧化物插层镍钻水滑石前驱体的制备57
• 4.2.3 插层电极材料LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2的制备57
• 4.3 结果分析与讨论57-75
• 4.3.1 镍钴水滑石的结构与电化学性能研究57-62
• 4.3.2 锰插层镍钴水滑石前驱体的结构与形貌研究62-65
• 4.3.3 烧结气氛对LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2材料结构和性能的影响65-69
• 4.3.4 焙烧温度对LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2材料结构和性能的影响69-74
• 4.3.5 LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2材料循环伏安研究74-75
• 4.4 本章小结75-78
• 第五章结论与创新78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 创新点79-80
• 参考文献80-88
• 致谢88-90
• 研究成果及发表的学术论文90-92
• 作者和导师简介92-93
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书93-94

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本文编号：750478