本文關(guān)鍵詞：碳包覆過(guò)渡金屬氧化物高效鋰離子電池負(fù)極材料的設(shè)計(jì)制備及其性能研究

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【摘要】：鋰離子電池由于具有長(zhǎng)壽命、理論容量高、環(huán)境友好、無(wú)記憶性和安全可靠等優(yōu)點(diǎn),在現(xiàn)代電子消費(fèi)產(chǎn)品和新一代電動(dòng)汽車(chē)中得到廣泛應(yīng)用。但是自該技術(shù)發(fā)明以來(lái),鋰離子電池一直在電極材料的設(shè)計(jì)和電池自身的組裝上面臨諸多的挑戰(zhàn)。一方面是在鋰離子電池在充放電過(guò)程中怎樣提高其系統(tǒng)電解液的擴(kuò)散、離子的轉(zhuǎn)移和電極的導(dǎo)電性;另外一方面是怎樣設(shè)計(jì)與合成先進(jìn)的電極材料來(lái)提高電池的充放電比容量和容量保持率。最近很多材料例如金屬、碳材料、過(guò)渡金屬硫化物、過(guò)渡金屬氧化物及其復(fù)合物等被應(yīng)用于鋰離子電池,并且得到了廣泛的關(guān)注。在這些材料當(dāng)中,過(guò)渡金屬氧化物由于具有特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)而得到越來(lái)越多的注意,但是容易團(tuán)聚、導(dǎo)電性差、嚴(yán)重的體積效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致其循環(huán)性能減弱和不可逆容量的增加。在本論文中,我們采用一種簡(jiǎn)單便捷的方法制備了石墨化碳包覆的過(guò)渡金屬氧化物納米顆粒的復(fù)合材料,分別得到了具有三明治形和豆莢形的鋰離子負(fù)極材料。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM),透射電子顯微鏡(TEM),X-射線衍射儀(XRD),比表面積儀(BET)等技術(shù)分析材料的結(jié)構(gòu)和形貌特征。通過(guò)循環(huán)伏安(CV),恒電流充放電,交流阻抗譜(EIS),倍率性能和循環(huán)性等來(lái)測(cè)試電極材料的電化學(xué)性能。為了提高TiO_2材料的電化學(xué)性能,自支撐介孔豆莢形TiO_2@C納米纖維陣列被合成且應(yīng)用于鋰離子電池。實(shí)驗(yàn)采用兩步水熱和一步CVD煅燒的方法,以鈦酸納米管陣列(H2Ti3O7)為前驅(qū)物和犧牲模板,葡萄糖分子作為綠色碳源,成功在鈦基底上合成了新穎的豆莢形TiO_2@C納米纖維陣列。通過(guò)對(duì)材料的分析表征,我們可以發(fā)現(xiàn)復(fù)合陣列具有很多優(yōu)點(diǎn),例如多孔結(jié)構(gòu)、納米尺寸的TiO_2顆粒、大比表面積和石墨化的碳外殼。正是得益于這些優(yōu)良的性質(zhì),我們的材料表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能(在一倍率電流密度下循環(huán)100圈,比容量可以達(dá)到162 mAh g-1),杰出的倍率性能(在10倍率電流下,比容量可以達(dá)到124 mAh g-1)。采用電沉積的方法,以α-Co(OH)_2納米片為前驅(qū)物和模板,通過(guò)兩步水熱和煅燒處理得到二維的碳片包覆空心Co3O4納米顆粒陣列。這種設(shè)計(jì)合成的電極材料展現(xiàn)出一些獨(dú)特的性能,包括了多孔性,大比表面積,顆粒間有間隙和外層碳很薄等。因?yàn)檫@些獨(dú)特的性質(zhì),當(dāng)這種材料應(yīng)用于鋰離子電池是展現(xiàn)出很高的倍率性能和出眾的可逆性能。采用水熱的方法第一次成功制備了一維NiCo_2O_4@C納米棒復(fù)合陣列,并且與未處理的NiCo_2O_4一維陣列進(jìn)行對(duì)比。所得到的一維豆莢形NiCo_2O_4@C納米棒陣列直接長(zhǎng)在三維的泡沫鎳上。對(duì)比于其他合成的NiCo_2O_4材料,我們合成的復(fù)合物電極材料表現(xiàn)出很好的導(dǎo)電性和高孔隙性。所有的這些特征都充分證明這種材料在鋰電池測(cè)試中表現(xiàn)出杰出的儲(chǔ)存性能,例如優(yōu)異的倍率性能,較高的比容量和良好的循環(huán)性能與庫(kù)倫效率。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 石墨化碳 介孔性 核-殼結(jié)構(gòu) 負(fù)極材料
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.4;TM912
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-32
• 1.1 引言10
• 1.2 鋰離子電池簡(jiǎn)介10-14
• 1.2.1 鋰離子電池發(fā)展史10-11
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理11-13
• 1.2.3 鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)13-14
• 1.3 鋰離子電池的組成14-20
• 1.3.1 鋰離子電池正極材料14-15
• 1.3.2 隔膜和電解液15-16
• 1.3.3 鋰離子電池負(fù)極材料16-20
• 1.4 過(guò)渡金屬氧化物材料的分類(lèi)20-21
• 1.4.1 嵌入型過(guò)渡金屬氧化物材料20
• 1.4.2 氧化還原型過(guò)渡金屬氧化物材料20-21
• 1.5 過(guò)渡金屬氧化物材料的研究現(xiàn)狀21-29
• 1.5.1 納米化21
• 1.5.2 合成特殊形貌21-23
• 1.5.3 空心結(jié)構(gòu)23-25
• 1.5.4 碳材料復(fù)合25-28
• 1.5.5 合成多元氧化物負(fù)極材料28-29
• 1.6 本論文的主要研究目的和內(nèi)容29-32
• 2 實(shí)驗(yàn)部分32-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器32-33
• 2.1.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑32
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器32-33
• 2.2 材料表征與測(cè)試33
• 2.3 電化學(xué)測(cè)試技術(shù)33-36
• 2.3.1 半電池組裝33-34
• 2.3.2 循環(huán)伏安測(cè)試34
• 2.3.3 恒電流充放電測(cè)試34
• 2.3.4 交流阻抗測(cè)試34-36
• 3 碳纖維包覆TiO_2納米顆粒陣列材料的制備與性能研究36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 制備方法36-38
• 3.2.1 材料的制備36-37
• 3.2.2 材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征37
• 3.2.3 電池的組裝和測(cè)試37-38
• 3.3 結(jié)果與討論38-45
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)38
• 3.3.2 物相分析38-39
• 3.3.3 形貌與孔隙分析39-42
• 3.3.4 電化學(xué)性能分析42-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 4 碳片包覆空心Co3O4納米顆粒陣列材料的制備與性能研究46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 制備方法47-48
• 4.2.1 材料的制備47
• 4.2.2 碳含量的測(cè)量47-48
• 4.2.3 材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征48
• 4.2.4 電池的組裝和測(cè)試48
• 4.3 實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)流程48-49
• 4.4 結(jié)果與討論49-57
• 4.4.1 物相表征49-50
• 4.4.2 形貌分析50-53
• 4.4.3 電化學(xué)性能分析53-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 5 碳棒包覆NiCo_2O_4納米顆粒陣列材料的制備與性能研究58-72
• 5.1 引言58-59
• 5.2 制備方法59-60
• 5.2.1 材料的制備59-60
• 5.2.2 碳含量的測(cè)量60
• 5.2.3 材料的結(jié)構(gòu)和形貌表征60
• 5.2.4 電池的組裝和測(cè)試60
• 5.3 結(jié)果與討論60-69
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)60-61
• 5.3.2 物相表征61-64
• 5.3.3 形貌分析64-66
• 5.3.4 電化學(xué)性能分析66-69
• 5.4 本章小結(jié)69-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 主要結(jié)論72-73
• 6.2 展望73-74
• 致謝74-76
• 參考文獻(xiàn)76-88
• 附錄88
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文題目88

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;新型鋰離子電池[J];炭素技術(shù);2002年03期

2 啟明;高容量鋰離子電池負(fù)極[J];金屬功能材料;2003年01期

3 周園 ,韓金鐸;鋰離子電池:機(jī)遇與挑戰(zhàn)共存——參加“鋰離子電池與電動(dòng)車(chē)”研討會(huì)有感[J];鹽湖研究;2003年02期

4 侯轉(zhuǎn)丹;鋰離子電池的發(fā)展?fàn)顩r與應(yīng)用[J];山西焦煤科技;2004年07期

5 李洪枚,姜亢;廢舊鋰離子電池對(duì)環(huán)境污染的分析與對(duì)策[J];上海環(huán)境科學(xué);2004年05期

6 于冶夫;鋰離子電池回收與再生產(chǎn)[J];有色金屬再生與利用;2005年04期

7 席國(guó)喜;焦玉字;路邁西;;廢舊鋰離子電池資源化研究現(xiàn)狀[J];再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì);2008年01期

8 ;2009(第四屆)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際論壇[J];新材料產(chǎn)業(yè);2009年06期

9 ;2009(第四屆)動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際論壇[J];新材料產(chǎn)業(yè);2009年08期

10 黃學(xué)杰;;車(chē)用和儲(chǔ)能鋰離子電池及其關(guān)鍵材料[J];化工新型材料;2010年S1期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 許名飛;郭永興;李新海;吳顯明;;鋰離子電池氣脹問(wèn)題探析[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

2 王宏偉;鄧爽;肖海清;王超;楊宗輝;施亞申;;鋰離子電池誤使用的安全檢測(cè)與分析[A];2011年全國(guó)失效分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

3 劉勇;盤(pán)毅;謝凱;蘆偉;;鋰離子電池的存儲(chǔ)性能研究[A];第30屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

4 張俊乾;;鋰離子電池中的擴(kuò)散應(yīng)力和破壞[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

5 康慨;戴受惠;萬(wàn)玉華;王樹(shù)安;;我國(guó)鋰離子電池的研究與發(fā)展[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

6 張千玉;馬曉華;;二甲苯用作鋰離子電池過(guò)充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

7 張千玉;馬曉華;;新型鋰離子電池過(guò)充保護(hù)添加劑的研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

8 朱靜;于申軍;陳志奎;何顯能;周永超;李賀;;水分對(duì)鋰離子電池性能的影響研究[A];第二十八屆全國(guó)化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

9 崔少華;楊曉民;;圓型鋰離子電池滲液不良分析[A];自主創(chuàng)新與持續(xù)增長(zhǎng)第十一屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集（2）[C];2009年

10 李琳琳;王斌;吳宇平;T.van Ree;;甲基苯基二-(甲氧二乙基)硅烷用作鋰離子電池功能性添加劑的研究[A];第七屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第7分冊(cè)）[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李壯;新國(guó)標(biāo)9月實(shí)施鋰電池門(mén)檻加高[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2005年

2 劉碧瑪;動(dòng)力鋰離子電池要抓住發(fā)展機(jī)遇[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

3 記者　陳穎;深圳鋰電產(chǎn)量已占全國(guó)六成[N];深圳特區(qū)報(bào);2006年

4 實(shí)習(xí)記者 徐恒邋記者 諸玲珍;鋰離子電池安全受關(guān)注 新材料研究是熱點(diǎn)[N];中國(guó)電子報(bào);2008年

5 徐恒 諸玲珍;鋰離子電池安全備受關(guān)注[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2008年

6 李燕京;鋰離子電池國(guó)標(biāo)年內(nèi)將出臺(tái)[N];中國(guó)消費(fèi)者報(bào);2008年

7 本報(bào)記者 馮健;動(dòng)力鋰離子電池：安全性制約應(yīng)用[N];中國(guó)電子報(bào);2009年

8 新材料在線首席研究員 李國(guó)強(qiáng);鋰離子電池產(chǎn)業(yè):中日韓三分天下[N];中國(guó)電子報(bào);2004年

9 金信;全國(guó)最大的鋰離子電池生產(chǎn)基地在津建成[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2002年

10 黃新培;業(yè)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)生產(chǎn)企業(yè)提出三點(diǎn)建議[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2002年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉金龍;鋰離子電池高性能富鋰錳基正極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

2 劉玉榮;錳基混合型金屬氧化物孿生微納結(jié)構(gòu)的制備、形成機(jī)理與儲(chǔ)鋰性能[D];山東大學(xué);2015年

3 易金;鋰離子電池釩基負(fù)極材料的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 張千玉;綠色能源材料鈦酸鋰的改性及其回收再利用的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 袁慶豐;鋰離子電池硅基復(fù)合負(fù)極材料和電池安全性的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

6 明海;高容量或高倍率鋰離子電池材料的合成與相應(yīng)全電池的組裝研究[D];蘇州大學(xué);2015年

7 楊智博;高性能鋰離子電池硅/鍺電極的設(shè)計(jì)與制備[D];蘭州大學(xué);2015年

8 董漢成;衛(wèi)星電源電池健康狀態(tài)診斷方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

9 張濤;廢棄鋰離子電池破碎及富鈷產(chǎn)物浮選的基礎(chǔ)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

10 張立強(qiáng);鋰離子電池多物理模型參數(shù)辨識(shí)及健康特征提取[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張濤;失效鋰離子電池破碎特性研究[D];華東交通大學(xué);2011年

2 馬宇宏;鋰離子電池?zé)岚踩匝芯縖D];電子科技大學(xué);2013年

3 王會(huì)軍;過(guò)渡金屬氧化物和過(guò)渡金屬硫化物作為鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];西南大學(xué);2015年

4 任婉;鋰離子電池鎳—錳二元正極材料的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

5 李娟;鋰離子電池負(fù)極材料Li_4Ti_5O_(12)的制備與研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

6 玄哲文;微納結(jié)構(gòu)MnO_2及CuO的制備及作為鋰離子電池負(fù)極的性能研究[D];云南民族大學(xué);2015年

7 邢程程;原位生長(zhǎng)FeS納米結(jié)構(gòu)薄膜及其在鋰離子電池中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2015年

8 白鋼印;鋰離子電池高電壓正極材料鎳猛酸鋰的合成與改性研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

9 宋贏;鋰離子電池二氧化鈦負(fù)極材料摻雜改性及電化學(xué)行為研究[D];遼寧大學(xué);2015年

10 安平;聚酰亞胺鋰離子電池隔膜的制備及其性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：808109