本文關(guān)鍵詞：鎳基及硅基納米負(fù)極材料的研究

  更多相關(guān)文章： 鋰離子電池 負(fù)極 氫氧化鎳 硅 石墨烯 聚苯胺

【摘要】：新能源汽車的迅速發(fā)展迫切需要高容量、長(zhǎng)壽命、安全性好的鋰離子電池電極材料的研發(fā)。本文制備了三種負(fù)極材料：生長(zhǎng)在泡沫鎳上的Ni(OH)_2和Mn02的復(fù)合材料(Ni(OH)_2/MnO_2)、硅／石墨烯復(fù)合材料(Si/Graphene)和Si/聚苯胺的水凝膠復(fù)合材料(Si/PANi)。并采用XRD、SEM、TEM等方法對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征,還通過恒流充放電、循環(huán)伏安和交流阻抗等測(cè)試方法研究了材料的電化學(xué)性能。采用水熱反應(yīng)法制備了Ni(OH)_2/MnO_2復(fù)合材料,材料以泡沫鎳為基底,無需使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑。探究了不同水熱反應(yīng)時(shí)間對(duì)復(fù)合材料形貌和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,在120℃水熱反應(yīng)下反應(yīng)6小時(shí),生長(zhǎng)在泡沫鎳上的Mn02包覆Ni(OH)_2核殼復(fù)合材料(Core/Shell Ni(OH)_2@MnO_2 Nickel Foams,簡(jiǎn)稱CSNi(OH)_2@MnO_2 NFs)是具有獨(dú)特毛毛蟲形貌的3D核殼結(jié)構(gòu),并且表現(xiàn)出了最優(yōu)的電化學(xué)性能。在200 mA g-1的電流密度下,CS Ni(OH)_2@MnO_2 NFs首次放電比容量是2223 mAh g-1,經(jīng)過80次循環(huán)后,放電比容量仍保有1210 mAh g-1。當(dāng)電流密度為1000 mA g-1時(shí),CS Ni(OH)_2@MnO_2 NFs復(fù)合材料的首次放電比容量為1541 mAh g-1,100次循環(huán)后放電比容量仍有650 mAh g-1。采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯,通過高溫還原法制備了Si/Graphene復(fù)合材料。當(dāng)在700℃的還原溫度下還原2小時(shí),加入表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮(PVP)時(shí),復(fù)合材料具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。在100 mA g-1的電流密度下,Si/Graphene復(fù)合材料的首次放電比容量和首次充電比容量分別為1359 mAh g-1和880 mAh g-1,40次循環(huán)后,Si/Graphene復(fù)合材料的放電比容量為442 mAh g-1。通過原位聚合法制備了Si/PANi水凝膠復(fù)合材料,材料直接涂在銅箔上制成電極片,無需使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑。Si/PANi水凝膠復(fù)合材料展現(xiàn)出了高的比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及倍率性能。在200 mA g-1的電流密度下,首次放電比容量為1379 mAh g-1,循環(huán)70次后的放電比容量仍有609 mAhg-1。Si/PANi水凝膠復(fù)合材料分別在200mAg-1、400mAg-1、800mAg-1、1000 mAg-1的電流密度下循環(huán)10次后,在200 mA g-1的電流密度下測(cè)試,放電比容量仍有835 mAh g-1,表現(xiàn)出了良好的倍率性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極 氫氧化鎳 硅 石墨烯 聚苯胺
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33;TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-27
• 1.1 引言14
• 1.2 鋰離子電池介紹14-18
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展歷史14-15
• 1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)15-16
• 1.2.3 鋰離子電池的原理16-17
• 1.2.4 鋰離子電池的特點(diǎn)17-18
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料概況18-20
• 1.3.1 鋰離子電池負(fù)極材料的特性18
• 1.3.2 碳基材料18-19
• 1.3.3 非碳基材料19-20
• 1.4 過渡金屬化合物負(fù)極材料的瓶頸與改性20-22
• 1.4.1 過渡金屬化合物負(fù)極材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制20-21
• 1.4.2 過渡金屬化合物負(fù)極材料的技術(shù)瓶頸21
• 1.4.3 過渡金屬化合物負(fù)極材料的改性方案21-22
• 1.5 硅基負(fù)極材料的瓶頸與改性22-25
• 1.5.1 硅基負(fù)極材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制22-24
• 1.5.2 硅基負(fù)極材料的技術(shù)瓶頸24
• 1.5.3 硅基負(fù)極材料的改性方案24-25
• 1.6 本文的主要工作25-27
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分27-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器27-28
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品27-28
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)主要儀器與設(shè)備28
• 2.2 扣式電池組裝28-29
• 2.3 材料的表征方法29-30
• 2.3.1 X射線衍射29-30
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡30
• 2.3.3 透射電子顯微鏡30
• 2.4 材料的電化學(xué)性能測(cè)試30-32
• 2.4.1 恒流充放電性能測(cè)試30-31
• 2.4.2 循環(huán)伏安測(cè)試31
• 2.4.3 交流阻抗測(cè)試31-32
• 第3章 Ni(OH)_2/MnO_2復(fù)合材料的研究32-44
• 3.1 Ni(OH)_2/MnO_2復(fù)合材料的制備32-33
• 3.1.1 泡沫鎳的處理32
• 3.1.2 Ni(OH)_2的制備32
• 3.1.3 Ni(OH)_2/MnO_2的制備32-33
• 3.2 Ni(OH)_2/MnO_2復(fù)合材料的表征33-36
• 3.2.1 XRD分析33
• 3.2.2 SEM分析和示意圖33-35
• 3.2.3 TEM和Mapping分析35-36
• 3.3 Ni(OH)_2/MnO_2的電化學(xué)性能測(cè)試36-42
• 3.3.1 循環(huán)伏安和恒流充放電性能36-38
• 3.3.2 循環(huán)和倍率性能38-41
• 3.3.3 阻抗性能41-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 Si/Graphene復(fù)合材料的研究44-56
• 4.1 納米硅材料的表征及性能研究44-46
• 4.1.1 納米硅材料的制備44
• 4.1.2 納米硅材料的表征44-45
• 4.1.3 納米硅材料的電化學(xué)性能45-46
• 4.2 Si/Graphene復(fù)合材料的表征及性能研究46-55
• 4.2.1 Si/Graphene復(fù)合材料的制備46-47
• 4.2.2 還原時(shí)間對(duì)Si/Graphene復(fù)合材料性能影響的研究47-51
• 4.2.3 PVP對(duì)Si/Graphene復(fù)合材料性能影響的研究51-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 第5章 Si/PANi復(fù)合材料的研究56-62
• 5.1 Si/PANi復(fù)合材料的制備56-57
• 5.2 Si/PANi復(fù)合材料的表征57-58
• 5.2.1 XRD分析57
• 5.2.2 SEM分析57-58
• 5.3 Si/PANi復(fù)合材料的電化學(xué)性能測(cè)試58-61
• 5.3.1 循環(huán)伏安性能58-59
• 5.3.2 恒流充放電性能59
• 5.3.3 循環(huán)性能59-60
• 5.3.4 倍率性能60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-72
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄72-73
• 致謝73

，

本文編號(hào)：804552