隨著能源技術(shù)變革以及新型科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,人類對新型儲能電池的需求日顯迫切,鋰離子電池作為新興能源儲存裝置也逐漸受到世界各國的重視。開發(fā)高能量密度和功率密度、超長循環(huán)壽命、安全系數(shù)高及低成本的鋰離子電池也成為當(dāng)前科學(xué)界的研究熱點(diǎn)。高性能電極材料的構(gòu)筑和開發(fā)是提高鋰離子電池性能的有效手段之一。本文以石墨烯為基礎(chǔ),設(shè)計并構(gòu)筑了一種沸石咪唑酯骨架化合物（ZIFs）基石墨烯復(fù)合材料,考察了其作為負(fù)極材料在鋰離子電池中的儲鋰性能,并進(jìn)一步探討了復(fù)合材料的儲鋰機(jī)理及鋰離子在儲鋰過程的傳輸動力學(xué)與電容定量分析。論文主要工作歸納如下:（1）以氧化石墨烯（GO）為基底,原位生長ZIF-8納米粒子,并進(jìn)一步通過一步熱解技術(shù)制備出由二維（2D）夾層狀框架構(gòu)筑的超高氮摻雜多孔碳石墨烯納米片（NPC@GNS）,并在鋰離子電池負(fù)極材料中進(jìn)行探索應(yīng)用。研究結(jié)果表明:NPC@GNS復(fù)合材料在電流密度為0.5 A/g時循環(huán)100次后可保持906.6 mAh/g的高比容量,在大電流密度5 A/g下經(jīng)過1000次超長循環(huán)后仍可提供378.2 mAh/g的平均比容量。復(fù)合材料優(yōu)異的的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能證實(shí)了豐富的“點(diǎn)和平面”... 

【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圓柱形鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)示意圖

1緒論烯脂PC和碳酸二乙酯DEC等烷基碳酸脂）而得到的均相體系，當(dāng)前工業(yè)化鋰離子電池中主要采用液態(tài)有機(jī)電解液和聚合物電解質(zhì)（凝膠狀電解液）。圖1.1圓柱形鋰離子二次電池的結(jié)構(gòu)示意圖Figure1.1Schematicdiagramsofcylindricallithiumionsecondarybatteries鋰離子二次電池俗稱“扶搖式電池”，其工作機(jī)理實(shí)質(zhì)是鋰離子產(chǎn)生的濃度差。在充放電過程中，鋰離子通過電解液在正負(fù)極材料之間有規(guī)律的往返運(yùn)動，發(fā)生可逆的嵌入和脫出過程，其工作原理如圖1.2所示。以正極LiCoO2，負(fù)極石墨C為例，其正負(fù)電極材料的電化學(xué)反應(yīng)表達(dá)式如下：正極：LiCoO2Li1-xCoO2+xLi++xe-負(fù)極：6C+xLi++xe-LixC總反應(yīng)：LiCoO2+6CLi1-xCoO2+LixC圖1.2鋰離子電池的工作原理圖Figure1.2Schematicofworkingprinciplesofrechargeablelithiumionbatteries3

1緒論（PNCs@Gr）。當(dāng)PNCs@Gr復(fù)合材料用作鋰離子電池的負(fù)極材料時，在電流密度為1A/g下循環(huán)200次仍表現(xiàn)出較高的可逆比容量948mAh/g，而在5A/g的較高電流密度下，循環(huán)400次仍能保持530mAh/g的可逆比容量和約84.4%的容量保留率。PNCs@Gr復(fù)合材料出色的倍率性能和循環(huán)性能歸因于通過原位合成三明治狀PNCs@Gr電極保持著分層多孔結(jié)構(gòu)，是高導(dǎo)電石墨烯框架和高水平氮摻雜的理想組合。圖1.3類三明治狀PNCs@Gr納米結(jié)構(gòu)的合成路線[37]Figure1.3Synthesisofsandwich-likePNCs@Grnanostructures[37]近年來，除了MOFs衍生碳基材料以外，MOFs材料衍生碳/金屬氧化物材料、MOFs衍生雙金屬氧化物等也被廣泛研究。2016年，Chen[38]等人報道了一種高效多步驟合成路線，通過聚合物-醋酸鈷（Co（Ac）2）復(fù)合纖維與2-甲基咪唑均勻混合得到（Co（Ac）2）@ZIF-67核-殼納米纖維，最后經(jīng)過在Ar/H2氣氛中退火和空氣中的熱處理獲得分層CNT/Co3O4管狀結(jié)構(gòu)。CNT/Co3O4電極作為鋰離子電池的負(fù)極材料時，得益于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和組成優(yōu)勢，在0.1A/g的電流密度下循環(huán)200次可提供1281mAh/g高的可逆比容量。Sui課題組[39]報告了一種將ZIF-67衍生的Co3O4顆粒原位生長在氮摻雜石墨烯（NGN）氣凝膠中的簡便方法，ZIF-67@NGA在空氣中煅燒而轉(zhuǎn)化為分層多孔的Co3O4@NGN復(fù)合材料。其中，高電導(dǎo)率和多孔結(jié)構(gòu)的NGN加速了電解質(zhì)離子的擴(kuò)散，并緩沖了由Co3O4的體積變化引起的應(yīng)力。Co3O4@NGN作為負(fù)極材料時顯示出極高的比容量（0.1A/g，1030mAh/g），出色的倍率性能（1A/g，681mAh/g）和出色的循環(huán)穩(wěn)定性（1A/g，676mAh/g，400次循環(huán)）。Huang[40]等人通過熱處理MWCNTs/ZIF-67前驅(qū)體已成功合成具有納米級結(jié)構(gòu)單元的分層多孔結(jié)構(gòu)MWCNTs/Co3O4納米復(fù)合材料。當(dāng)


本文編號：3529565