隨著能源需求的日益增長(zhǎng)以及環(huán)境污染的加劇,開(kāi)發(fā)出清潔高效的新型能源已成為當(dāng)務(wù)之急。鋰離子電池因具有環(huán)保、輕便、高容量、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用。目前商業(yè)化的石墨材料較低的理論比容量而限制了其電化學(xué)性能的提高。而新型碳材料——碳納米纖維具有較高的導(dǎo)電性、大的比表面積等優(yōu)點(diǎn),作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)能夠表現(xiàn)出的潛在應(yīng)用價(jià)值。除此之外,低成本的過(guò)渡金屬氧化物和硫化物因具有較高的理論比容量和綠色無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),也得到了科研工作者的廣泛關(guān)注。但它們由于充放電前后體積膨脹和可逆容量的快速衰減等因素而在儲(chǔ)能材料中的應(yīng)用得到了制約�；诖�,本文主要采用簡(jiǎn)單的水熱合成法設(shè)計(jì)新型納米結(jié)構(gòu)的碳納米纖維、鈷酸銅空心微球和尺寸均一的硫化錸層狀納米球,并對(duì)其電化學(xué)性能及應(yīng)用進(jìn)行研究。具體內(nèi)容如下:1.多孔空心結(jié)構(gòu)的碳納米纖維電化學(xué)性能的研究及其應(yīng)用以多壁碳納米管為支架、蔗糖為碳源,通過(guò)水熱合成法成功制備了可調(diào)控殼層厚度在2.5-13.5 nm之間的多孔空心碳納米纖維。采用X射線衍射、拉曼光譜、高分辨電子顯微鏡和氮吸附脫附測(cè)試等測(cè)試對(duì)所合成的碳納米纖維進(jìn)行成分、表面化學(xué)鍵和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征測(cè)試。結(jié)果表明:當(dāng)作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),殼層厚度和孔結(jié)構(gòu)等微觀結(jié)構(gòu)對(duì)鋰存儲(chǔ)性能有一定的影響。蔗糖添加量為0.25 g得到的碳納米纖維在電流密度為0.05 A g~(-1)循環(huán)50圈時(shí)表現(xiàn)出297.3 mA h g~(-1)的放電比容量,高于多壁碳納米管相同條件下215.8 mA h g~(-1)的放電比容量。由此可見(jiàn),多孔空心碳納米纖維表現(xiàn)出增強(qiáng)的可逆容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。2.鈷酸銅空心微球電化學(xué)性能的研究及其應(yīng)用利用自模板的溶劑熱法和隨后的退火過(guò)程成功制備了尖晶石Cu_xCo_(3-x)O_4(x≤0.30)空心微球。掃描電子顯微圖片和透射電子顯微圖片表明:所制備的空心微球的平均直徑約為450 nm,且擁有平均厚度約為50 nm的緊致的多晶殼層。作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),Cu_xCo_(3-x)O_4空心微球表現(xiàn)出高的鋰離子存儲(chǔ)能力,這主要依賴于Cu_xCo_(3-x)O_4中間體的退火溫度。結(jié)果表明:400 ~oC退火得到的Cu_xCo_(3-x)O_4空心微球在電流密度為100 mA g~(-1)循環(huán)50圈后仍能保持1187 mA h g~(-1)的可逆放電容量。如此優(yōu)秀的鋰電存儲(chǔ)能力主要來(lái)自于其殼層特殊的微觀結(jié)構(gòu)�？招奈⑶虻臍佑筛叨染o密連接的細(xì)小納米顆粒所組成,能夠有效提高導(dǎo)電性。3.尺寸均一的硫化錸高級(jí)納米球電化學(xué)性能的研究及其應(yīng)用采用簡(jiǎn)單的水熱合成法將層間距擴(kuò)張的納米片組裝制備了層間距均勻的ReS_2納米球。在納米球中,卷曲的納米片中存在許多大孔。二維擴(kuò)張的層間距能夠幫助儲(chǔ)存更多的鋰離子且能夠固定鋰離子的傳輸,而且三維層狀納米球中的空隙有利于緩沖鋰離子嵌入或脫嵌過(guò)程中的體積膨脹并保護(hù)電極的完整性。當(dāng)作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),與ReS_2納米顆粒相比(相同條件下的可逆容量為458 mAh g~(-1),容量保持率進(jìn)為75%),獨(dú)特的ReS_2納米球在電流密度為100 mA g~(-1)循環(huán)100次時(shí)仍能保持1011 mA h g~(-1)的可逆比容量,其容量保持超過(guò)了100%。相對(duì)較高的可逆容量說(shuō)明層間距均勻得ReS_2納米球具有高性能的鋰電存儲(chǔ)能力。
【學(xué)位單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TM912
【部分圖文】：

圖 1.1 鋰離子電池工作原理Fig 1.1 Work principle of lithium ion batteries的特點(diǎn)、鎳氫等其它類型的二次電池相比，鋰離子電池具有許目前商業(yè)化的電池中，鋰電池的比容量可以達(dá)到 372 m 2-3 倍，鎳鉻電池的 3-4 倍。。商業(yè)化鋰離子電池的工作電壓為 3.6 V，而鎳鉻、鎳只有 1.2 V。。鋰離子電池一般可以循環(huán) 600~1000 次，正極材料為至可以達(dá)到 2000 次以上。。鋰離子電池反應(yīng)過(guò)程中以鋰離子的形態(tài)存在，消除了問(wèn)題。。鋰離子電池在 1 C 充電 30 min 時(shí)，容量能夠達(dá)到標(biāo)

圖 1.2 MS2的組成結(jié)構(gòu)示意圖Fig 1.2 Structure diagram of MS2材料的概述表面積大，能夠提供更多的活性位點(diǎn)，減小離子的比，納米材料大的比表面積能夠增加活性物質(zhì)與極的極化程度和體積膨脹，進(jìn)而提高電池的循環(huán)料料主要包括：多孔結(jié)構(gòu)[46]、一維[47]、二維[48]和納米管以及碳納米纖維等的一維碳納米材料不僅表面官能團(tuán)的分布上也有所不同。這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)比表面積，還能夠提供較多的孔結(jié)構(gòu)和較優(yōu)的電得到一定程度的改善。如已經(jīng)成功合成的單壁碳量分別達(dá)到 400 mAh g-1和 500 mAh g-1。

第一章 緒論保持在1048.8 mAh g-1。Sagar Mitra等[58]制備了二維結(jié)構(gòu)的M，MoS2納米墻在電流密度 100 mAg-1循環(huán) 50 圈后表現(xiàn)出高達(dá)。在電流密度分別為 500和1000 mAg-1循環(huán) 50圈后能夠表現(xiàn)逆比容量，顯示出突出的倍率性。由此可見(jiàn)，通過(guò)簡(jiǎn)單的水負(fù)極材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）具備較大的比表面積，可以增，進(jìn)而使更多的活性物質(zhì)參與電極反應(yīng)；（2）能夠縮短鋰離子環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能；（3）可以控制合成不同形貌結(jié)構(gòu)材料
【參考文獻(xiàn)】

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4 閆云飛;張智恩;張力;代長(zhǎng)林;;太陽(yáng)能利用技術(shù)及其應(yīng)用[J];太陽(yáng)能學(xué)報(bào);2012年S1期

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9 江澤民;;對(duì)中國(guó)能源問(wèn)題的思考[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2008年03期

10 于超,支紅軍;鋰離子電池的研究與發(fā)展[J];新疆有色金屬;2004年S1期

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4 賀仁飛;中國(guó)生物質(zhì)能的地區(qū)分布及開(kāi)發(fā)利用評(píng)價(jià)[D];蘭州大學(xué);2013年

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7 王源;電動(dòng)汽車用動(dòng)力鉛酸電池快速充電技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2865054