【摘要】：作為過渡金屬氧化物中的一種,氧化鎳由于具有較高的理論比容量、價格低廉等優(yōu)點成為非常有前途的鋰離子電池電極材料。但和其它過渡金屬氧化物相同,氧化鎳作為電極材料也同時存在著一些亟待解決的問題:一方面是氧化鎳電極材料在鋰化/去鋰化的過程中會造成電極材料的粉化,從而導致電極材料從集流體上脫落,導致氧化鎳電極材料的電化學性能不能充分發(fā)揮;另一方面是氧化鎳本身具有較差的導電性,這也限制了氧化鎳電極材料在高能量密度下的應用。因此,本文通過水熱合成方法制備了具有三維導電網絡結構的花瓣狀氧化鎳/鎳/碳復合鋰離子電極材料,該獨特的結構顯著提高了電極材料的導電性和結構穩(wěn)定性。此外本文還通過靜電紡絲的合成方法制備了具有三維空間導電網絡的多孔碳納米纖維鈉離子電池電極材料,提高了電極材料的比容量和導電性等性能。具體的研究內容如下:將硫酸鎳、環(huán)六亞甲基四氨和葡萄糖通過水熱合成制備了碳/氫氧化鎳的前驅體,再經高溫還原以及低溫氧化處理得到花瓣狀氧化鎳/鎳/碳復合鋰離子電極材料。通過此方法得到的電極材料中氧化鎳以及納米鎳粒子均勻地分散在連續(xù)的碳膜中,形成厚度為50 nm的薄片狀花瓣。有效降低了活性組分氧化鎳的尺寸。另一方面這種獨特的花瓣狀結構縮短了鋰離子擴散距離,有效地緩解了體積變化對電極材料結構的破壞。而花瓣中連續(xù)碳膜和納米鎳粒子的存在,顯著提高了電極材料的導電性,從而使該材料具有優(yōu)異的電化學性能。研究結果表明當硫酸鎳含量為1.31 g、煅燒溫度為700℃時電極材料展示出了極好的電化學性能。其中,當電流密度為0.1 A/g時,可逆比容量為952 mAh/g,同時該材料還具有較好的倍率特性(電流密度為2 A/g時可逆比容量為579 mAh/g)和循環(huán)穩(wěn)定性(在0.5 A/g的電流密度下500次循環(huán)后比容量662 mAh/g)。通過靜電紡絲合成方法制備了聚丙烯腈納米纖維,然后經過碳化和氫氧化鉀活化對納米碳纖維表面進行刻蝕造孔,增加了電極材料的比表面積,提供了更多的儲鈉的活性位點,從而提高了電極材料的比容量;同時由于刻蝕后的纖維出現了更多孔道,有利于鈉離子的傳輸,顯著提高了電極材料的電化學性能。研究結果表明經過工藝優(yōu)化的該材料PANC-3具有非常好的倍率性能(電流密度為2 A/g時可逆比容量為113mAh/g)和循環(huán)穩(wěn)定性(在0.1 A/g的電流密度下500次循環(huán)后比容量227 mAh/g)。
【圖文】：

源如煤炭、石油等化石燃料的過度開發(fā)，人類即將面對嚴峻的能源枯竭危機，同時由于傳統的化石能源在應用過程中也帶來了巨大的環(huán)境問題，如化石燃料在使用過程中會釋放出大量的如二氧化碳等有害氣體，造成了巨大的環(huán)境污染。因此，各國在現階段的發(fā)展過程中都將尋找和開發(fā)能夠替換傳統化石能源的清潔綠色能源作為重中之重。而目前隨著清潔、可再生的綠色能源如太陽能、風能、潮汐能等的大力發(fā)展，這些可再生能源在不久的將來必將取代傳統的化石能源，因此，世界各國都對其加大了開發(fā)力度。但不論是傳統的化石能源或是清潔的可再生能源都是不連續(xù)能源，為了能夠在能源的應用過程中具有連續(xù)性，對能源的儲能設備進行研發(fā)具有重大的意義。因此，人們開發(fā)了多種新型能量轉換和儲能系統，如鉛酸電池、鎳氫電池等，但這些儲能設備也同時帶來了一些如能量密度較低和相對于環(huán)境不夠友好等問題，，并不能滿足當今社會對電源的小型化、安全、便攜和清潔等方面的要求，使其無法在當今社會中的對能量密度要求較高的汽車上應用，也不能滿足當前社會中的智能產品如手機、筆記本電腦等對小型化、便攜的要求，限制了其在實際中的應用。因此，增加對能源的使用效率、開拓可再生的能源領域是人類社會進步的前進方向[1-5]。

第 1 章 緒論陰極材料，另一極利用具有較高的插鋰電勢的嵌鋰化合物組成的“搖椅式”模型成功解決了其枝晶問題�？茖W家們提出了可以通過利用含有嵌鋰的化合物來代替鋰的構想，因此具有層狀的金屬鋰的替代品化合物受到了極大的重視。在同一時美國學者 Goodenough 等人通過對 LiMO2(M=Co、Ni)等化合物材料的研究，發(fā)子能夠在氧化鈷鋰中可逆的插入與脫出，具有較好的性能，展現出作為陽極材料好前景。隨著技術的發(fā)展，日本公司成功的開發(fā)出了一種以 LiCoO2作為電池的材料，以具有石墨結構的焦碳作為電池的陰極材料成功的促成了其商業(yè)化發(fā)展。，鋰離子電池的研發(fā)及應用開始了迅猛的發(fā)展[14, 15]。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻】

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本文編號：2612712