【摘要】：高新電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和新能源電動汽車的日益龐大的市場需求,使得研究高能量密度,高功率密度以及超長使用壽命的鋰離子電池迫在眉睫。其中對于電極材料的研究尤為重要。在諸多負(fù)極材料中,過渡金屬氧化物,以其廉價(jià)易得,無毒環(huán)保,較高的能量密度等優(yōu)勢,被人們廣泛關(guān)注。但是由于電極材料自身導(dǎo)電性差,直接導(dǎo)致了該類材料較差的倍率性能;另外,在充放電過程中的體積膨脹,進(jìn)而導(dǎo)致材料本體粉化,影響電池整體的循環(huán)壽命。為了解決上述問題,可以對材料進(jìn)行微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑,或與導(dǎo)電性良好的材料進(jìn)行復(fù)合等方式,來實(shí)現(xiàn)對金屬氧化物負(fù)極材料的改性。近來,二維(2D)超薄材料具有比表面積和獨(dú)特的理化性質(zhì)的優(yōu)點(diǎn),在電化學(xué)能量存儲和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域引起廣泛的研究興趣。本論文通過拓?fù)滢D(zhuǎn)變的方式實(shí)現(xiàn)了二維超薄過渡金屬氧化物納米陣列的可控制備,并系統(tǒng)地研究了二維超薄納米結(jié)構(gòu)材料與其儲鋰性能的本質(zhì)關(guān)聯(lián),提出了利用有序陣列優(yōu)化儲鋰環(huán)境,降低材料維度來提升儲鋰活性的思想。論文的主要內(nèi)容如下:(1)二維無定形Fe203納米陣列負(fù)極材料構(gòu)筑及其鋰離子電池性能研究:首先采用超快速的恒電壓沉積的方法制備Fe(OH)3納米陣列前體,再通過高溫焙燒得到了二維無定形Fe203納米陣列。對照實(shí)驗(yàn)采用用水熱法制備鐵磁礦FeOOH納米線,通過高溫焙燒得到二維納米帶狀Fe203。在0.1 A g-1的電流密度下,進(jìn)行循環(huán)穩(wěn)定性測試,經(jīng)過60次循環(huán),保持初始比容量的90%左右,從開始的1208.3降為了 1086.1 mAh g-1,而納米帶狀材料比容量衰減為初始容量的50%左右(～600 mAh g-1)。在1Ag-1的大電流下循環(huán)1000次后,納米陣列和納米帶狀材料的比容量分別保持為630和170 mAh g-1。通過系列電化學(xué)測試證明,二維納米陣列有著更高的比容量,優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能,這一結(jié)果表明二維納米陣列結(jié)構(gòu)的有著獨(dú)特的儲鋰優(yōu)勢。(2)二維超薄C03O4納米陣列負(fù)極材料構(gòu)筑及其鋰離子電池性能研究:采用超快速電合成的方法,制備了厚度分布從10 nm到2 nm的前體CoⅡCoⅢ-LDH納米陣列,通過焙燒制備了不同厚度Co3O4超薄納米陣列,成功實(shí)現(xiàn)了有序的片狀納米陣列厚度和孔道分布的精細(xì)調(diào)控。電化學(xué)性能測試證明具有超薄厚度(～3 nm)和大量介孔的Co304-T2納米陣列具有優(yōu)異LIB的電化學(xué)性能,在O.1Ag-1下具有2019.6 mAh g-1的高比容量,良好的倍率性能和顯著的循環(huán)穩(wěn)定性,在第80次循環(huán)后比容量仍然保持在1576.9 mAh g-1。而較厚的片結(jié)構(gòu)(-10 nm)出現(xiàn)了活性位點(diǎn)利用低下,比容量較低的問題和過薄的片結(jié)構(gòu)(～2 nm)出現(xiàn)了嚴(yán)重塌陷,造成比容量的快速衰減問題。通過對二維陣列的單維度的尺寸精細(xì)調(diào)控,揭示了“尺寸決定性能”的儲鋰?yán)砟睢?br>【圖文】：

第一章緒論度的要求日益苛刻，因此高性能鋰離子電池的開發(fā)和應(yīng)用還有很長的路要２鋰離子電池的組成及其工作原理與特點(diǎn)逡逑過多年的探索工作，對鋰離子電池的工作原理研宄得出結(jié)論：一定電壓驅(qū)在正極和負(fù)極之間的定向移動來進(jìn)行充放電的二次電池。它在結(jié)構(gòu)上主、隔膜和電解液等部分組成，對于商用電池會涉及到保護(hù)電路的器件。型鋰離子電池的拆解示意圖。逡逑于電池正負(fù)極電極材料的選擇原則上，需要合理選取可以進(jìn)行可逆地嵌子的化合物材料。電極材料作為其核心部件，直接決定鋰離子電池的整如電池的能量密度、功率密度、使用壽命和安全性等。目前現(xiàn)在大范圍電池的正極材料一般為含鋰的過渡金屬氧化物，如ＬｉＣｏＣｂ，負(fù)極材料主。逡逑

第一章緒論逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋ＳＥＭ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｍｅｔａｌ邋ｏｘｉｄｅ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｓｐｈｅｒｅ逡逑如圖１－４所示，Ｓｈｅｎ等人［４８］開發(fā)了一種普遍適用的混合金屬氧化物高效制備法，使用相對應(yīng)金屬甘油鹽，首先合成實(shí)心球，隨后在空氣中熱退火，得到具有復(fù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均一的ＮｉＣｏ２0４中空球體，雙層內(nèi)芯結(jié)構(gòu)體。該材料顯示出高容量（可容量可達(dá)到９２８邋ｍＡ邋ｈ邋ｇ－１），良好的循環(huán)穩(wěn)定性（在２００邋ｍＡ邋ｇ－１的電流密度下，循環(huán)１０次之后其可逆放電相應(yīng)的容量高達(dá)７０６邋ｍＡ邋ｌｉ邋ｇ＿ｌ，為第二次循環(huán)放電容量的７８％）及優(yōu)異的倍率性能（當(dāng)電流密度分別為１５０，３００，，邋６００，１０００，２０００邋ｍＡ邋ｇ—１時(shí)，其逆容量分別為９２８，邋８３４，７４５，６６２和５３３邋ｍＡ邋ｈ邋ｇ－１。當(dāng)電流密度重新變?yōu)椋保担板澹恚铃澹纭睍r(shí)，其可逆容量回到了邋８８５邋ｍＡｈ邋ｇ＿１）。逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TM912

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 鄭艷婷;徐利剛;;發(fā)達(dá)國家推動綠色能源發(fā)展的歷程及啟示[J];資源科學(xué);2012年10期

2 畢道治;電動車電池的開發(fā)現(xiàn)狀及展望[J];電池工業(yè);2000年02期

本文編號：2666821