發(fā)布時(shí)間：2020-04-03 04:51

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,能源存儲(chǔ)設(shè)備伴隨著各種數(shù)碼電子產(chǎn)品的興起而受到了廣泛的關(guān)注。作為清潔能源的代表,鋰離子電池因循環(huán)壽命長、能量密度高、無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等諸多優(yōu)點(diǎn)引起了人們的廣泛重視。鋰離子電池的研究重點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面:新型電極材料、電解質(zhì)、隔膜、新型集流體等電池的各個(gè)組成部分。其中,對容量貢獻(xiàn)起主要作用的電極材料成為研發(fā)的重中之重。當(dāng)前已商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極材料——碳基材料由于一些固有的缺陷成為限制鋰離子電池進(jìn)一步發(fā)展的阻礙,因此找到可替代碳材料的新型負(fù)極材料尤為重要。金屬—有機(jī)框架(MOFs)材料作為近十年來迅速發(fā)展起來的一種配位聚合物,主要通過過渡金屬離子作為連接點(diǎn),有機(jī)配體自支撐構(gòu)成3D延伸結(jié)構(gòu)。這種新型材料一般孔隙率較高、孔道規(guī)則、孔徑可調(diào),同時(shí)具有較大比表面積及多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),因此在催化、氣體貯存、傳感器設(shè)計(jì)、分離、儲(chǔ)能等方面都有廣泛應(yīng)用。本論文基于一種新穎的Co基MOF模板,設(shè)計(jì)合成了一種含氮的碳包覆的二硫化鈷十六面體,并將其應(yīng)用在鋰離子電池負(fù)極材料中研究其儲(chǔ)鋰性能。本研究通過對Co-MOF模板進(jìn)行熱解和硫化作用,合成出了一種由含氮的碳包覆的二硫化鈷顆粒堆積形成的十六面體(CoS_2@NCH-600)。首先,通過調(diào)節(jié)熱解溫度獲得大小均一、形貌規(guī)則的碳包覆的鈷納米顆粒,再將其與硫粉通過硫化作用制備最終產(chǎn)物CoS_2@NCH-600。我們發(fā)現(xiàn)這種CoS_2@NCH-600材料具有十分特殊的結(jié)構(gòu):許多殼核結(jié)構(gòu)的CoS_2納米顆粒堆疊在一起,組裝成一個(gè)微米級的十六面體,且粒子之間相互堆疊產(chǎn)生了較多孔道。眾多的孔道在CoS_2@NCH-600材料制成混合電極應(yīng)用在鋰離子電池后,既能使電解液和電極材料更加充分的接觸,也給循環(huán)過程中的體積膨脹預(yù)留了空間,延緩電極材料因坍塌而造成的容量衰減。此外,氮摻雜的碳?xì)ぢ?lián)結(jié)形成了一個(gè)高導(dǎo)電的傳輸網(wǎng)絡(luò),結(jié)合納米級的CoS_2顆粒能夠有效夠縮短鋰離子和電子傳輸路徑,使得整體混合電極材料具有較高的導(dǎo)電率,呈現(xiàn)出了十分優(yōu)秀的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1 A g~(-1)時(shí),1000個(gè)充放電循環(huán)后電池仍然保持有779 mA h g~(-1)的充電容量。甚至在極大電流密度:20 A g~(-1)的情況下仍然有220 mA h g~(-1)的充電容量,且當(dāng)電流恢復(fù)到2 A g~(-1)時(shí)容量也基本能恢復(fù)到最初水平。通過本探究,CoS_2@NCH-600混合電極體現(xiàn)出的優(yōu)秀長循環(huán)性能及倍率性能使其在實(shí)際生活中展現(xiàn)出應(yīng)用前景。
【圖文】：

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文發(fā)了新一代鈷酸鋰作為鋰離子電池正極材料[4]。隨后，M.Thackeray、J.Go發(fā)現(xiàn)了分解溫度高，氧化性遠(yuǎn)低于鈷酸鋰的錳尖晶石材料，這種新型電極低廉，其導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能更好，更重要的是大幅度降低了電池的安全隱患電池憑借其相對較高的比容量、長時(shí)間放電性能、輕便的體積、對環(huán)境無 20 世紀(jì)末嶄露頭角以來獲得十分迅猛的發(fā)展。1996 年，Padhi 和 Goode有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽（LiFePO4）[5]，這種磷酸鹽的耐高溫性能和耐過充傳統(tǒng)鋰離子電池材料，因此在汽車動(dòng)力電池、醫(yī)療設(shè)備電源、移動(dòng)電源、流放電的小型電器設(shè)備上被沿用至今。同時(shí)期，，日本索尼公司生產(chǎn)的以碳以鈷酸鋰作為正極材料的全新一代鋰離子電池也實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。隨著鋰離斷取得的突破性進(jìn)展，鋰電產(chǎn)業(yè)作為 21 世紀(jì)的高新技術(shù)，在未來相當(dāng)長繼續(xù)蓬勃發(fā)展[6]。

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文的三分之一。其中，由聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）形成的微孔膜通常之外還有 PP 和 PE 組成的復(fù)合多層微孔膜，這些膜都允許鋰離子通過通過。——負(fù)極材料按照儲(chǔ)鋰機(jī)理分三種：基于嵌入式反應(yīng)機(jī)理的石墨類負(fù)極化反應(yīng)機(jī)理的硅基[9]、錫基材料，基于轉(zhuǎn)換反應(yīng)機(jī)理的過渡金屬氧化物物材料。當(dāng)前無論商業(yè)還是科研領(lǐng)域，碳質(zhì)的活性材料都是人們關(guān)注的液——液態(tài)的電解液由溶劑（碳酸酯類：碳酸乙烯脂、碳酸二甲脂、碳丙烯脂）、鋰鹽（LiPF6）、添加劑組成。隨著人們對鋰離子電池安全性固體聚合物類電解質(zhì)逐漸取代液態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用在商業(yè)化電池中成為開外殼——按材質(zhì)可分為鋼、鋁殼、鍍鎳鐵殼、鋁塑膜等。離子電池工作原理
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TM912

【參考文獻(xiàn)】

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2 黃樂旭;陳遠(yuǎn)富;李萍劍;黃然;賀加瑞;王澤高;郝昕;劉競博;張萬里;李言榮;;氧化石墨制備溫度對石墨烯結(jié)構(gòu)及其鋰離子電池性能的影響[J];物理學(xué)報(bào);2012年15期

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本文編號：2612960