本文關鍵詞： 鋰離子電池 負極材料 納米復合材料 比容量 循環(huán)穩(wěn)定性　出處：《重慶大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：鋰離子電池作為一種高效的新型綠色環(huán)保儲能器件,廣泛應用于便攜式電子設備市場,在電動汽車、儲能電站等新能源領域也有廣闊的市場空間。因此,人們對鋰離子電池的各種性能提出了更高的要求,如能量密度高、充放電速度快、循環(huán)壽命長、安全性能好等等�；谝陨媳尘�,本文以提高鋰離子電池的比容量、循環(huán)性能和倍率性能為目的,通過水熱法成功制備出一系列高性能的負極材料,具體研究內容如下:①通過水熱法探討了不同Co Mo O4含量對Co MoO4NP/rGO納米復合材料的儲鋰性能的影響,隨著Co Mo O4含量的增加,Co Mo O4納米顆粒越變越大,破壞了石墨烯的孔狀結構,堵塞了石墨烯通過自組裝過程形成的多孔通道,進而阻礙了鋰離子的嵌入,并表現(xiàn)出較差的電化學性能。通過電化學測試分析,最終得出當復合物中Co Mo O4含量為74%時,Co Mo O4NP/rGO負極表現(xiàn)出較高的比容量和較好的循環(huán)性能:在74mA g-1電流密度下,比容量為920mAh g-1;在740mA g-1電流密度下,比容量為660mAh g-1。此外,在740mA g-1高電流密度下,經(jīng)600次充放電循環(huán)后,僅有8.7%的容量衰減,是一種具有潛在應用價值的鋰離子電池負極材料。②使用水熱法并輔助冷凍干燥法制備出氣凝膠式的Mo Se2/rGO的納米復合材料,并研究了其儲鋰性能。復合材料中Mo Se2也為層狀薄膜結構,石墨烯的加入提高了Mo Se2的比表面積。Mo Se2/rGO的納米復合材料比純Mo Se2和rGO表現(xiàn)出更加優(yōu)越的電化學性能:在0.1C電流密度下經(jīng)過50次充放電循環(huán)后,Mo Se2/rGO負極的比容量為650mAh g-1;在0.5C下600次充放電循環(huán)后,比容量仍然高達470mAh g-1,容量損失僅約10.9%,庫倫效率接近100%。其卓越的電化學性能歸因于石墨烯和Mo Se2的協(xié)同效應:復合材料中的石墨烯不僅能起到良好的導電作用,而且還貢獻了部分儲鋰容量,并有效緩沖了在鋰離子嵌入/脫出過程產生的機械應力;另一方面,Mo Se2形成的薄膜可以作為一個空間隔層阻止了石墨烯薄膜的團聚和折疊。③通過水熱法在石墨烯薄膜上成功制備出Co Se2納米棒,作為鋰離子電池負極材料,與純Co Se2相比,Co Se2/rGO復合材料表現(xiàn)出較高的容量和較好的循環(huán)穩(wěn)定性:在0.1C(1C=670mA g-1)電流密度下,70次循環(huán)后比容量高達1228.07mAh g-1;在1C下,經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后,剩余比容量為407mAh g-1,容量保留率為60.3%。關于Co Se2/rGO復合物性能的提高可能有以下幾個原因:石墨烯在復合物中類似于一個導電的網(wǎng)絡,提高了樣品的導電性,并縮短了鋰離子的擴散路徑,加快了電極反應動力學;其次,與石墨烯的復合使樣品具有較大的比表面積,使活性物質和電解液的接觸面積變大,擁有大量的Li+反應活性位點,提高了活性物質的利用率。④研究了結構可控的Co NiO/TiO2一體化電極材料的制備方法,并對其進行結構和電化學性能的表征。通過控制水熱反應的時間,在生長有TiO2納米管的鈦片集流體上原位生長結構可控的Co NiO納米線,得到一體化的電極材料。結果表明,電極材料中Co NiO納米線間豐富的空隙有利于電解液的擴散,可加速鋰離子擴散到電極表面,緩解了Co NiO納米線在電化學過程中的體積膨脹;Co NiO活性物質緊密有效地附著于具有TiO2納米管的鈦片集流體上,有利于電子傳輸,使Co NiO/TiO2一體化電極具有更優(yōu)異的電極反應動力學,具有極高的面積比容量,在高電流密度0.2mA cm-2下,經(jīng)60次充放電循環(huán),比容量為362μAh cm-2,約1097mAh g-1(0.33mg cm-2)。采用經(jīng)陽極氧化法刻蝕過的鈦片取代了傳統(tǒng)的金屬集流體,避免使用PVDF粘結劑、super-P導電劑和NMP溶液分散液,實現(xiàn)了集流體與活性物質的一體化,有效降低了電極中非活性物質的比例,提高了電極的能量密度,為一體化鋰離子電池電極的設計提供了新的方向。
[Abstract]:Lithium ion battery is a new type of green environmental protection, energy storage devices, widely used in portable electronic devices in the market, electric vehicles, energy storage power station also has a broad market space and other new energy fields. Therefore, put forward higher requirements for all kinds of people on the performance of lithium ion battery, such as high energy density, charge discharge speed, long cycle life, good safety performance and so on. Based on the above background, in order to improve the lithium ion battery capacity, cycling performance and rate for the purpose of success by hydrothermal method to prepare a series of negative electrode materials with high performance, the specific contents are as follows: 1. To investigate the effect of lithium storage performance different Co Mo O4 content of Co MoO4NP/rGO nano composite material by hydrothermal method, with the increase of Co Mo content of O4, Co Mo O4 nanoparticles were bigger, destruction of the pore structure of graphene, graphene by self plug The porous channel assembly process formation, which hinders the lithium ion intercalation, and exhibit poor electrochemical properties. The electrochemical test and analysis, finally concluded that when the content of Co Mo O4 complex in 74%, Co Mo O4NP/rGO anode exhibited high specific capacity and good cycle performance in 74mA g-1: current density under the specific capacity of 920mAh g-1; 740mA g-1 in current density, the specific capacity was 660mAh g-1. in 740mA g-1 in the high current density, after 600 cycles, the capacity decay is only 8.7%, is a potential anode material for lithium ion batteries. Nano composite material the use of water thermal method and auxiliary gas gel prepared by freeze drying method type Mo Se2/rGO, and studied its lithium storage properties. Se2 Mo composites for layered film structure, graphene is improved by adding Mo surface area of Se2 Se2/rGO.Mo The nano composite material than pure Mo Se2 and rGO showed better electrochemical performance: after 50 cycles at the current density of 0.1C, Mo Se2/rGO negative than the capacity of 650mAh g-1; at 0.5C after 600 cycles, the specific capacity is still as high as 470mAh g-1, the capacity loss is only about 10.9%. Synergistic effect of Kulun 100%. efficiency close to its excellent electrochemical performance is attributed to Mo Se2: graphene and graphene composite can not only play a role in conducting the good, but also contributed part of lithium storage capacity, and effectively buffer in lithium ion intercalation / deintercalation into mechanical stress produced by another; Mo Se2, the film can be formed as a space layer prevents the graphene film agglomeration and folding. Through the hydrothermal method in graphene films prepared on Co Se2 nanorods, as anode materials for lithium ion batteries, and pure Co Se2 Compared with Co, Se2/rGO composites exhibited higher capacity and better cycle stability in 0.1C (1C=670mA g-1) current density, after 70 cycles the capacity up to 1228.07mAh g-1; in 1C, after 1000 cycles, the residual capacity is 407mAh g-1, the capacity retention rate increased 60.3%. on the performance of Co Se2/rGO complexes may have the following reasons: graphene in the composites is similar to a conductive network, improves the conductivity of the sample, and shorten the diffusion path of lithium ion and electrode reaction kinetics to speed up; second, and graphene composite samples is larger than the surface area, contact area of the active material and the electrolyte becomes large, Li+ has lots of reactive sites, improve the utilization of active material. The preparation method of Co NiO/TiO2 integration of electrode materials with controllable structure, and its Characterization of structure and electrochemical performance. By controlling the hydrothermal reaction time, the growth of titanium nanotubes TiO2 collector structure controlled by Co in situ growth of NiO nanowires, the integration of the obtained electrode materials. The results showed that Co NiO Nanowire Electrode material in the gap between the rich and is beneficial to the diffusion of the electrolyte. Can spread to the surface of the electrode to accelerate the lithium ion, alleviate the volume of Co NiO nanowires in electrochemical process of Co expansion; NiO activity closely attached to the titanium substrate with TiO2 nanotubes collector, is conducive to the integration of electronic transmission, Co NiO/TiO2 electrode has excellent electrochemical kinetics, high area the specific capacity at high current density of 0.2mA cm-2, after 60 cycles, the capacity ratio of 362 Ah cm-2, about 1097mAh g-1 (0.33mg cm-2). The titanium by anodic oxidation etching had replaced. The metal collector, avoid the use of PVDF super-P binder, conductive agent and NMP dispersion solution, to achieve a set of integrated fluid and active substances, effectively reducing the electrode in non active material ratio, improve the electrode power density, provides a new direction for the design of the lithium ion battery is integrated.

【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912;TB383.1

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