新一代鋰離子電池儲(chǔ)能器件應(yīng)當(dāng)具有高能量密度、高循環(huán)穩(wěn)定性、輕薄、低成本化以及環(huán)境友好等特點(diǎn)。為克服鋰離子電池活性材料的低離子/電子擴(kuò)散遷移速率,提升循環(huán)穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)具有優(yōu)化納米通道、低維度及交聯(lián)網(wǎng)狀的一維納米結(jié)構(gòu),由于其獨(dú)特的離子/電子輸運(yùn)路徑,以及對(duì)材料體積變化較強(qiáng)的耐受性,是一種實(shí)現(xiàn)離子和電子高質(zhì)量傳輸,循環(huán)高度可逆,從根本上提升鋰離子電池儲(chǔ)能性能的有效途徑。本文以靜電紡絲法制備一維納米結(jié)構(gòu)的高比容量鋰離子電池負(fù)極材料為主線,依次設(shè)計(jì)并制備了比容量遞增的碳納米纖維(Carbon Nanofibers,CNFs)、鎳/鈷氧化物納米顆粒鑲嵌CNFs、空心納米管(Nanotubes,NTs)、串珠狀納米線(Nanowires,NWs)和硅納米顆粒鑲嵌CNFs等一維結(jié)構(gòu)材料。基于嵌入式反應(yīng)、轉(zhuǎn)換反應(yīng)以及合金化反應(yīng)等儲(chǔ)能機(jī)制,系統(tǒng)研究了提升鋰離子電池電化學(xué)性能的有效方法,取得一些重要的科學(xué)成果:(1)采用靜電紡絲結(jié)合控制熱解制備出直徑均勻且超長(zhǎng)連續(xù)的CNFs,并研究其作為鋰離子電池電極材料的電化學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)熱解過(guò)程中特殊的樣品夾裝工藝能夠優(yōu)化CNFs的表面平整度,提升材料易加工性,大幅縮減電...

【文章頁(yè)數(shù)】：124 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)述
        1.2.1 鋰離子電池發(fā)展史
        1.2.2 鋰離子電池構(gòu)成和工作原理
        1.2.3 鋰離子電池電化學(xué)過(guò)程
        1.2.4 影響電化學(xué)性能的關(guān)鍵因素
    1.3 鋰離子電池負(fù)極材料及其電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理
        1.3.1 嵌入/脫嵌電化學(xué)反應(yīng)
        1.3.2 轉(zhuǎn)換反應(yīng)
        1.3.3 合金化反應(yīng)
    1.4 一維納米結(jié)構(gòu)鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展
        1.4.1 一維納米結(jié)構(gòu)材料
        1.4.2 靜電紡絲制備納米纖維
        1.4.3 納米纖維作為鋰離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用
    1.5 研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)
        1.5.1 選題依據(jù)
        1.5.2 主要內(nèi)容
        1.5.3 創(chuàng)新點(diǎn)
第2章 嵌入/脫嵌式的碳納米纖維電極制備及其儲(chǔ)能研究
    2.1 引言
    2.2 碳納米纖維提升電化學(xué)性能的機(jī)理
        2.2.1 碳納米纖維提升鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的機(jī)理
        2.2.2 碳納米纖維提升電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的機(jī)理
    2.3 碳納米纖維的制備
        2.3.1 靜電紡絲法制備碳納米纖維電極
        2.3.2 碳納米纖維表面形貌優(yōu)化
        2.3.3 碳納米纖維的結(jié)構(gòu)與形貌特征
    2.4 碳納米纖維電極的儲(chǔ)鋰性能研究
        2.4.1 碳納米纖維電極裝配與測(cè)試
        2.4.2 碳納米纖維儲(chǔ)鋰循環(huán)穩(wěn)定性研究
    2.5 本章小結(jié)
第3章 基于電化學(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)的NiO一維電極材料儲(chǔ)能研究
    3.1 引言
    3.2 碳納米纖維誘導(dǎo)NiO均勻成核對(duì)儲(chǔ)鋰穩(wěn)定性的強(qiáng)化機(jī)理
    3.3 一維納米結(jié)構(gòu)的NiO可控制備
        3.3.1 靜電紡絲法制備一維納米結(jié)構(gòu)NiO
        3.3.2 NiO鑲嵌碳納米纖維的結(jié)構(gòu)及形貌特征
        3.3.3 NiO堆砌中空納米管的形貌特征
        3.3.4 NiO串珠納米線的形貌特征
    3.4 一維納米結(jié)構(gòu)的NiO儲(chǔ)鋰性能研究
    3.5 碳納米纖維強(qiáng)化NiO儲(chǔ)鋰穩(wěn)定性能研究
    3.6 本章小結(jié)
第4章 基于電化學(xué)轉(zhuǎn)換反應(yīng)的Co₃O₄ 一維電極材料儲(chǔ)能研究
    4.1 引言
    4.2 一維納米結(jié)構(gòu)的Co₃O₄ 制備
        4.2.1 控制熱解優(yōu)化Co₃O₄ 的一維納米結(jié)構(gòu)
        4.2.2 Co₃O₄ 鑲嵌碳納米纖維的結(jié)構(gòu)及形貌特征
        4.2.3 Co₃O₄ 堆砌中空納米管的結(jié)構(gòu)及形貌特征
    4.3 一維納米結(jié)構(gòu)的Co₃O₄ 生長(zhǎng)機(jī)理
    4.4 一維納米結(jié)構(gòu)的Co₃O₄ 儲(chǔ)鋰性能研究
    4.5 Co₃O₄ 一維納米結(jié)構(gòu)演變對(duì)儲(chǔ)鋰性能的影響
    4.6 本章小結(jié)
第5章 基于電化學(xué)合金化反應(yīng)的Si基納米電極儲(chǔ)能研究
    5.1 引言
    5.2 低維結(jié)構(gòu)Si/C納米電極材料的制備
        5.2.1 水熱法合成Si CNPs及其電極制備
        5.2.2 靜電紡絲法制備Si CNFs電極
    5.3 低維結(jié)構(gòu)Si/C納米電極材料的結(jié)構(gòu)及形貌表征
        5.3.1 Si CNPs材料的結(jié)構(gòu)及形貌特征
        5.3.2 Si CNFs材料的結(jié)構(gòu)及形貌特征
    5.4 Si CNPs和 Si CNFs電極材料的儲(chǔ)鋰性能研究
    5.5 靜電紡絲法制備新型Si CNPs/CNFs電極材料
    5.6 Si CNPs/CNFs材料的結(jié)構(gòu)及形貌表征
    5.7 碳包覆和碳納米纖維協(xié)同強(qiáng)化Si電極材料儲(chǔ)鋰性能研究
    5.8 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 本文結(jié)論
    6.2 研究中存在的不足
    6.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄 A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄



本文編號(hào)：3737390