本文關(guān)鍵詞：微納雙尺度多孔CuZnAl記憶合金復(fù)合電極的制備及結(jié)構(gòu)演變

  更多相關(guān)文章： 鋰離子二次電池 Sn基負(fù)極材料 多孔材料 形狀記憶合金 雙尺度

【摘要】：在鋰離子二次電池中,金屬Sn基負(fù)極材料由于其較高的理論容量以及良好的導(dǎo)電性等特點(diǎn)備受人們關(guān)注,但是它存在充放電過(guò)程體積膨脹巨大和容量快速衰減的關(guān)鍵問(wèn)題。結(jié)合納米化、多相復(fù)合和三維多孔集流體的各自優(yōu)勢(shì),構(gòu)造出多孔CuZnAl形狀記憶合金/Sn復(fù)合電極,理論上能有效的克服金屬Sn基負(fù)極材料的容量快速衰減的問(wèn)題,從而達(dá)到改善循環(huán)穩(wěn)定性的目的。本文的思路是通過(guò)去合金化法制備成微納雙尺度的多孔CuZnAl合金,并采用XRD、SEM以及TEM等分析手段表征其孔隙形貌和微觀結(jié)構(gòu),系統(tǒng)的研究工藝參數(shù)對(duì)孔隙形貌和微觀結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律,最后負(fù)載Sn將其制備成復(fù)合負(fù)極電極,并初步表征其電化學(xué)性能,得到以下幾個(gè)結(jié)論。首先,以具有單一β相的Cu-29Zn-6Al為前軀體材料,選用的腐蝕液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的鹽酸溶液,研究發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的腐蝕溫度為50℃,去合金化時(shí)間為2-3小時(shí)。成功制備出具有單一納米孔隙的β相多孔CuZnAl記憶合金,其孔隙尺寸為200-300nm,分布均勻且相互連通的納米孔隙。其次,將具有β和γ兩相的Cu-34Zn-6Al預(yù)合金在5%的鹽酸氯化鐵溶液中進(jìn)行去合金化。研究發(fā)現(xiàn),去合金化90min的樣品,能夠成功制得均勻分布的微米(1-2μm)和納米(5-50nm)雙尺度的孔隙結(jié)構(gòu),微米孔隙相互連通,且空洞表面覆蓋一層非晶和5nm大小的純Cu層,芯部則為5nm大小的γ相;然而,熱處理后樣品的雙尺度結(jié)構(gòu)并沒(méi)有發(fā)生太大的變化,但γ相則轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?其孔隙表層形成一層50-200nm厚的納米晶(晶粒大小為10nm)純Cu層。制備出具有微納米雙尺度孔隙的多孔CuZnAl記憶合金/Cu復(fù)合材料。。最后,利用磁控濺射手段將Sn負(fù)載進(jìn)入具有微納雙尺度孔隙的復(fù)合材料上,制備出Sn/多孔CuZnAl合金復(fù)合電極材料,初步測(cè)其電化學(xué)性能發(fā)現(xiàn),多孔CuZnAl/Sn復(fù)合電極比Cu箔/Sn電極展現(xiàn)出更優(yōu)的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的容量保持率。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子二次電池 Sn基負(fù)極材料 多孔材料 形狀記憶合金 雙尺度
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;O646.54
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰離子二次電池簡(jiǎn)介11-12
• 1.3 鋰離子二次電池的構(gòu)造及其工作原理12-14
• 1.4 鋰離子二次電池負(fù)極材料14-18
• 1.4.1 鋰離子二次電池負(fù)極材料的種類及簡(jiǎn)介14-15
• 1.4.2 Sn基負(fù)極材料的研究進(jìn)展15-18
• 1.5 去合金化法制備多孔材料的研究進(jìn)展18-24
• 1.5.1 去合金化法簡(jiǎn)介19
• 1.5.2 去合金化過(guò)程中孔隙的形成機(jī)理19-20
• 1.5.3 去合金化制備納米多孔銅及銅合金的研究進(jìn)展20-24
• 1.5.3.1 納米多孔純銅的制備21-22
• 1.5.3.2 納米多孔銅合金的制備22-23
• 1.5.3.3 納米多孔銅及銅合金的應(yīng)用23-24
• 1.6 本文的研究意義及主要研究?jī)?nèi)容24-27
• 1.6.1 本文的研究意義24-26
• 1.6.2 本課題的研究?jī)?nèi)容26-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備27-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料的制備28-30
• 2.1.1 預(yù)合金的熔煉和熱處理28-30
• 2.1.2 高頻快淬甩帶30
• 2.2 去合金化30-31
• 2.3 磁控濺射31-32
• 2.4 組織結(jié)構(gòu)表征方法32-34
• 2.4.1 金相顯微組織分析32-33
• 2.4.2 X射線衍射分析33
• 2.4.3 SEM掃描電鏡分析33-34
• 2.4.4 TEM透射電鏡分析34
• 2.4.5 BET比表面積和孔隙分析34
• 2.5 電池制備及電化學(xué)性能測(cè)試設(shè)備34-36
• 2.5.1 半電池的制備34
• 2.5.2 電化學(xué)測(cè)試儀器34-36
• 第三章 單尺度納米多孔CuZnAl記憶合金的制備及結(jié)構(gòu)演化36-48
• 3.1 引言36-37
• 3.2 前驅(qū)體合金的制備及表征37-40
• 3.2.1 前驅(qū)體材料成分的選擇37
• 3.2.2 預(yù)合金的熔煉和均勻化退火處理37-38
• 3.2.3 甩帶38-40
• 3.3 去合金化制備單一納米多孔CuZnAl合金及結(jié)構(gòu)表征40-47
• 3.3.1 去合金化溶液和時(shí)間的影響41-44
• 3.3.2 去合金化溫度的影響44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第四章 微納雙尺度多孔CuZnAl形狀記憶合金的制備及結(jié)構(gòu)演化48-70
• 4.1 引言48
• 4.2 前軀體材料的制備及結(jié)構(gòu)表征48-52
• 4.2.1 前軀體材料成分的選擇48-49
• 4.2.2 前軀體合金的熔煉和退火處理49-50
• 4.2.3 甩帶處理50-52
• 4.3 去合金化制備微納雙尺度多孔CuZnAl合金及結(jié)構(gòu)表征52-62
• 4.3.1 去合金化腐蝕液的選擇52
• 4.3.2 去合金化時(shí)間對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響52-62
• 4.4 熱處理對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響62-67
• 4.5 力學(xué)及超彈性性能表征67-68
• 4.6 本章小結(jié)68-70
• 第五章 多孔CuZnAl記憶合金/Sn復(fù)合負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能表征70-76
• 5.1 引言70
• 5.2 多孔CuZnAl合金/Sn復(fù)合負(fù)極材料的制備及結(jié)構(gòu)表征70-73
• 5.3 電化學(xué)性能表征73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 全文總結(jié)與工作展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果86-87
• 致謝87-88
• 答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見(jiàn)88

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