本文關(guān)鍵詞：納米碳基過渡金屬氧化物用于高倍率鋰電負(fù)極的研究

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【摘要】：石墨烯納米材料被視為具有良好發(fā)展前景的鋰離子電池電極材料,因此,采用低成本和高生產(chǎn)效率的方法來合成這些材料是有必要的。與純碳材料相比過渡金屬氧化物具有較高的理論比容量,但是過渡金屬氧化物作為鋰電負(fù)極材料存在很多弊端,如:導(dǎo)電性差,穩(wěn)定性差。近年來,柔性電極(如碳布,碳紙,泡沫鎳)的使用逐漸在取代傳統(tǒng)電極(涂在銅箔上的電極),具有三維結(jié)構(gòu)的柔性集流體可以在水熱或溶劑熱過程中通過共沉淀和熱處理的方法制備出具有特殊形貌的三維結(jié)構(gòu)。多孔石墨烯納米片(PGS)是由膨脹石墨(EG)制得,首先通過磷酸插層法合成,隨后通過焙燒過程來擴大石墨片層的層間距,這也是對隨后的氯化鋅造孔起到鋪墊的作用。然后,氯化鋅在加熱的過程中會發(fā)生分解,產(chǎn)生氣體,從而形成多孔石墨片結(jié)構(gòu),該材料可以普遍應(yīng)用于許多領(lǐng)域,如電子產(chǎn)品,傳感器以及能量的儲存和轉(zhuǎn)換。將導(dǎo)電性較好的石墨烯與鈷的氧化物、硫化物進行復(fù)合。石墨烯具有片層結(jié)構(gòu),有利于電子和離子進入其表面,從而促進反應(yīng)快速進行。更重要的是,石墨片層與過渡金屬氧化物之間具有更多的接觸面積和活性位點,增加整體材料的導(dǎo)電性,減少其在充放電過程中體積的膨脹,進而改善了電池的充放電比容量,倍率特性以及循環(huán)穩(wěn)定性。采用該方法在柔性基底上生長出黑鉛銅礦Ni6MnO8和尖晶石結(jié)構(gòu)MnCo_2O_4。作為一種自支撐電極制備不需在反應(yīng)過程中加入任何粘結(jié)劑,可以直接用于鋰離子電池負(fù)極材料,提高材料的導(dǎo)電性及循環(huán)穩(wěn)定性。此外,雙金屬氧化物的理論比容量要高于單金屬氧化物,碳布基底與過渡雙金屬氧化物之間具有更多的接觸面積和活性位點,有利于鋰離子的嵌入和脫出,提高其比容量及倍率性能,還可以減少過渡金屬氧化物在充放電過程中體積膨脹的問題。
【關(guān)鍵詞】：多孔石墨片 過渡金屬氧化物 自支撐電極 鋰離子電池
【學(xué)位授予單位】：黑龍江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;TB383.1
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 鋰離子電池概述11-12
• 1.3 碳材料負(fù)極材料的研究進展12-16
• 1.3.1 石墨13-14
• 1.3.2 石墨烯14-16
• 1.3.3 其它碳材料16
• 1.4 過渡金屬氧化物負(fù)極材料的研究進展16-20
• 1.4.1 單金屬氧化物16-18
• 1.4.2 雙金屬氧化物18-20
• 1.5 課題的研究目的與意義20-21
• 1.6 本課題研究內(nèi)容21-22
• 第2章 實驗材料和表征方法22-27
• 2.1 實驗試劑及儀器22-24
• 2.2 表征方法24-25
• 2.2.1 X射線衍射光譜(XRD)24
• 2.2.2 X射線光電子能譜(XPS)24
• 2.2.3 拉曼光譜(Raman)24
• 2.2.4 氮氣吸附脫附（BET）24
• 2.2.5 掃描電鏡（SEM）24-25
• 2.2.6 透射電鏡（TEM）25
• 2.2.7 能譜分析（EDS）25
• 2.2.8 原子力顯微鏡（AFM）25
• 2.3 性能測試25-27
• 2.3.1 充放電測試25
• 2.3.2 循環(huán)伏安測試（CV）25-26
• 2.3.3 交流阻抗測試（EIS）26-27
• 第3章 磷酸插層法制備多孔石墨片及其在鋰電負(fù)極性能研究27-41
• 3.1 引言27-28
• 3.2 實驗部分28-30
• 3.2.1 多孔石墨片(PGS)的制備28-29
• 3.2.2 鋰離子電池的組裝29-30
• 3.3 結(jié)果與討論30-40
• 3.3.1 多孔石墨片樣品的結(jié)構(gòu)表征30-38
• 3.3.2 多孔石墨片的儲鋰性能研究38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 RGO復(fù)合材料的制備及其鋰電性能研究41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 實驗部分41-43
• 4.2.1 CoO/RGO復(fù)合材料的制備41-42
• 4.2.2 Co_9S_8/RGO復(fù)合材料的制備42
• 4.2.3 鋰離子電池的組裝42-43
• 4.3 結(jié)果與表征43-49
• 4.3.1 CoO/RGO復(fù)合材料的表征及鋰電負(fù)極性能研究43-46
• 4.3.2 Co_9S_8/RGO復(fù)合材料的表征及鋰電負(fù)極性能研究46-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第5章 碳布上生長介孔片層Ni_6MnO_8用于自支撐高倍率鋰電負(fù)極的研究50-66
• 5.1 引言50-51
• 5.2 實驗部分51-52
• 5.2.1 介孔片層Ni_6MnO_8/碳布復(fù)合材料的制備51
• 5.2.2 鋰離子紐扣電池的組裝51-52
• 5.3 結(jié)果與表征52-65
• 5.3.1 Ni_6MnO_8/碳布復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征52-61
• 5.3.2 Ni_6MnO_8/碳布復(fù)合材料電化學(xué)性能研究61-65
• 5.4 本章小結(jié)65-66
• 第6章 溶劑熱法制備球形MnCo_2O_4/碳布復(fù)合體及其儲鋰性能研究66-78
• 6.1 引言66
• 6.2 實驗部分66-67
• 6.2.1 溶劑熱法制備球形MnCo_2O_4/碳布復(fù)合材料66-67
• 6.2.2 鋰離子紐扣電池的組裝67
• 6.3 結(jié)果與表征67-77
• 6.3.1 球形MnCo_2O_4/碳布的結(jié)構(gòu)表征67-73
• 6.3.2 球形MnCo_2O_4/碳布的電化學(xué)性能研究73-77
• 6.4 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-79
• 參考文獻(xiàn)79-90
• 致謝90-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及申請的專利情況91-92

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本文編號：631506