【摘要】：隨著人們對清潔和可持續(xù)能源的需求逐漸增加,從而促進(jìn)了大容量儲能系統(tǒng)的發(fā)展。因其重量輕、循環(huán)壽命長、自放電低、成本低廉、污染小且能量和功率密度高等優(yōu)點,鋰離子電池在消費電子市場中占據(jù)主導(dǎo)地位。目前,商業(yè)上使用的鋰離子電池負(fù)極材料石墨的理論容量較低,僅有372 mAh g~(-1)。因此,開發(fā)大容量的新型負(fù)極材料迫在眉睫。在過去的幾十年中,過渡金屬氧化物因其具有較高的理論容量(~1000 m Ah g~(-1))和良好的存儲鋰能力而被認(rèn)為是一種很有潛力的負(fù)極材料。然而,由于過渡金屬氧化物在充放電過程中,其離子/電子電導(dǎo)率低,體積膨脹大,從而導(dǎo)致較差的循環(huán)性能和倍率性能。為了克服這些缺點,提高材料的電化學(xué)性能,通常對過渡金屬氧化物采取納米化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及復(fù)合化等改性策略。本論文以NiO基納米材料為主要研究對象,通過與金屬單質(zhì)或其他氧化物復(fù)合的方法來提高材料的導(dǎo)電性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,從而提高材料的電化學(xué)性能。主要研究內(nèi)容和所獲得的研究結(jié)果如下:通過溶劑熱法結(jié)合在不同氣氛下煅燒處理制備出納米顆粒狀的NiO和鱗片狀的NiO/Ni復(fù)合材料,分別將Ni O和Ni O/Ni復(fù)合材料作為負(fù)極組裝成鋰離子電池,通過對比試驗,發(fā)現(xiàn)NiO/Ni復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能,在200 mA g~(-1)的電流密度下循環(huán)80圈后可逆比容量仍有844.7 mAh g~(-1),容量的保留率為107.92%。同時探討了不同溶劑熱反應(yīng)溫度和煅燒溫度對NiO/Ni復(fù)合材料的影響,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度為160℃,煅燒溫度為350℃的條件下制備的Ni O/Ni復(fù)合材料的電化學(xué)性能最好。通過水熱法結(jié)合煅燒處理制備了三組分過渡金屬氧化物NiO-Co_3O_4-Fe_2O_3復(fù)合材料、雙組分過渡金屬氧化物NiO-Co_3O_4復(fù)合材料以及單組分過渡金屬氧化物NiO和Co_3O_4。作為鋰離子電池電極材料,發(fā)現(xiàn)NiO-Co_3O_4-Fe_2O_3和NiO-Co_3O_4復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,在200 mA g~(-1)的電流密度下循環(huán)100圈后可逆比容量仍有1360.2和1169.3 mAh g~(-1)。同時,探討了乙酸鎳和乙酸鈷的不同物料比對制備NiO-Co_3O_4復(fù)合材料的影響以及硝酸鐵的不同摩爾量對制備NiO-Co_3O_4-Fe_2O_3復(fù)合材料的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)乙酸鎳和乙酸鈷的物料比為1:3時,制備的NiO-Co_3O_4復(fù)合材料電化學(xué)性能最佳以及當(dāng)硝酸鐵的摩爾量為0.4 mmol時,制備的NiO-Co_3O_4-Fe_2O_3復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳。通過水熱法結(jié)合煅燒處理制備出雙組分過渡金屬氧化物NiO-ZnO復(fù)合材料,通過與相同條件下制備的單組分NiO與ZnO對比,發(fā)現(xiàn)具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的雙組分NiO-ZnO復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,在200 mA g~(-1)的電流密度下循環(huán)200圈后可逆比容量達(dá)到978.3 mAh g~(-1),遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于NiO的550.8 mAh g~(-1)和ZnO的211.4 mAh g~(-1);在0.1、0.2、0.5、1、2、3和0.1 A g~(-1)的電流密度下各循環(huán)10圈,平均可逆比容量依次為738.53、735.54、714.26、688.14、630.82、571.79和773.69 mAh g~(-1),展現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。同時,探討了不同煅燒溫度對雙組分NiO-ZnO復(fù)合材料的影響。在煅燒溫度為500℃時,NiO-ZnO復(fù)合材料的電化學(xué)性能最佳。
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圖 1-1 鋰離子電池工作原理圖[10]Figure 1-1 Working schematic of lithium ion barrery[10].電池負(fù)極材料的研究現(xiàn)狀電池的性能與正負(fù)極材料息息相關(guān)，因此，，大量的科研工作者投身中以尋求高比容量的電極材料。而正極材料受嵌鋰機(jī)理的影響，無

制備極片采用傳統(tǒng)的涂布法來制備。首先按照質(zhì)量比為 80:10:1乙炔黑。先將海藻酸鈉加入放有適量去離子水的 25*25 mm海藻酸鈉和去離子水?dāng)嚢璩删鶆虻哪z狀溶液，隨后加入乙拌器下攪拌 8 h(或者手動研磨 30 min)讓活性物質(zhì)和乙炔黑銅箔上，厚度大約控制在 20 um。將涂布好的銅箔放在 70隨后用沖片機(jī)將涂布好的銅箔沖切成直徑 14 mm 的電極片均勻，質(zhì)量相近的電極片放入 80 ℃的真空烘箱中干燥 8 h準(zhǔn)備組裝電池。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 孫學(xué)亮;秦秀娟;卜立敏;吳偉;;鋰離子電池碳負(fù)極材料研究進(jìn)展[J];有色金屬;2011年02期

2 崔振宇,楊紹斌,于繼甫,王鳳琴,張良均;鋰離子電池石墨負(fù)極材料的改性方法[J];電池;2003年06期

3 詹晉華;鋰離子二次電池研究進(jìn)展[J];電池;1996年04期

本文編號：2633178