本文關(guān)鍵詞：復(fù)合金屬氧化物的制備及其鋰電性能的研究

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【摘要】：鋰離子電池(LIBs)作為新一代二次電池體系,具有能量高、循環(huán)壽命長、質(zhì)量較輕、無污染等優(yōu)點(diǎn),成為備受關(guān)注的電化學(xué)能量存儲(chǔ)器件。開發(fā)和探索成本低、性能優(yōu)越的新型負(fù)極材料是當(dāng)前LIBs研究的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。然而石墨作為現(xiàn)在商業(yè)上普遍使用的LIBs負(fù)極材料,理論比容量較低,已經(jīng)不能夠滿足LIBs的發(fā)展需求。在眾多的鋰電負(fù)極材料中,過渡金屬氧化物負(fù)極材料具有相對(duì)高的理論比容量,逐漸成為近年來負(fù)極材料研究的熱點(diǎn)。然而,這類材料的導(dǎo)電性較差,在充放電過程中的體積變化較大,導(dǎo)致容量迅速下降,限制了這一類負(fù)極材料的進(jìn)一步應(yīng)用。將過渡金屬氧化物負(fù)極材料進(jìn)行納米化以及利用多種金屬氧化物的協(xié)同儲(chǔ)鋰改善電極材料的活性和提升電極材料性能成為近年來倍受關(guān)注的改性方法。本文采用去合金化法制備了一系列復(fù)合金屬氧化物納米材料,并系統(tǒng)研究材料的儲(chǔ)鋰性能。本論文的主要內(nèi)容有:1.設(shè)計(jì)并煉制組分均勻可控的Mn Fe Al、MnCo Al和TiCo Al三元合金作為前軀體材料。通過去合金化法,選擇性去除Al原子,合金中剩余的金屬原子在堿性溶液中能夠結(jié)合氧自發(fā)氧化為復(fù)合金屬氧化物納米材料。通過控制不同的反應(yīng)時(shí)間,最終制得Mn3O4/Fe3O4納米花、MnCoOx微納米球和納米多孔TiO2/Co3O4復(fù)合金屬氧化物納米材料。2.表征所制備的Mn3O4/Fe3O4納米花、MnCoOx微納米球和納米多孔TiO2/Co3O4復(fù)合金屬氧化物納米材料的結(jié)構(gòu)和成分。通過掃描電鏡看以看出,所制備的Mn3O4/Fe3O4納米花的結(jié)構(gòu)是由一系列規(guī)則正六邊形納米片交織而成,MnCoOx微納米球是由相互連接的納米片堆疊組成,TiO2/Co3O4納米材料顯示出了均勻連續(xù)的納米多孔結(jié)構(gòu)。同時(shí),通過X射線光電子能譜、X射線能量色散譜和X射線粉末衍射等測(cè)試手段表征所制備的復(fù)合金屬氧化物材料的結(jié)構(gòu)和成分�？梢钥闯�,通過去合金化制備的復(fù)合金屬氧化物材料結(jié)構(gòu)均勻、組分可控。3.通過電化學(xué)方法表征所制備的復(fù)合金屬氧化物納米材料的鋰電性能�；谛纬傻募{米結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能和不同組分的協(xié)同作用,制備的復(fù)合金屬氧化物納米材料在作為LIBs負(fù)極材料時(shí)表現(xiàn)出較高的電化學(xué)性能。Mn3O4/Fe3O4納米花復(fù)合材料在電流密度為300 mA g-1時(shí)循環(huán)200次之后容量可以達(dá)到1040.3 mAh g-1、MnCoOx微納米球在300 m A g-1電流密度下循環(huán)450次和1000 mA g-1的電流密度下循環(huán)500次后仍能保持較高的容量、納米多孔TiO2/Co3O4復(fù)合材料可以實(shí)現(xiàn)比納米多孔TiO2高的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí),所制備的復(fù)合金屬氧化物材料相比于單獨(dú)的氧化物材料,容量上有很大的提升,并且有很好的倍率性能。簡便制備和優(yōu)越的性能使制備的復(fù)合金屬氧化物納米材料在作為LIBs的負(fù)極材料的實(shí)際應(yīng)用中有很大的潛力。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 金屬氧化物 去合金化 負(fù)極材料 納米材料
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1;TM912
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 鋰離子電池的發(fā)展及其工作原理11-12
• 1.2 鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展12-22
• 1.2.1 嵌入/嵌出反應(yīng)類材料13-16
• 1.2.2 合金反應(yīng)類材料16-18
• 1.2.3 轉(zhuǎn)換反應(yīng)類材料18-22
• 1.3 選題的目的和意義22-23
• 第二章 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與研究方法23-25
• 2.1 復(fù)合金屬氧化物材料的制備23
• 2.2.1 三元合金的設(shè)計(jì)和制備23
• 2.2.2 復(fù)合金屬氧化物的制備23
• 2.2 結(jié)構(gòu)表征23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)試劑24
• 2.4 鋰電性能測(cè)試24-25
• 第三章 Mn_3O_4/Fe_3O_4納米花的制備及其鋰電性能的研究25-35
• 3.1 引言25-26
• 3.2 結(jié)果與討論26-33
• 3.2.1 Mn_3O_4/Fe_3O_4納米花材料的表征26-30
• 3.2.2 Mn_3O_4/Fe_3O_4納米花材料的鋰電性能測(cè)試30-33
• 3.3 結(jié)論33-35
• 第四章 MnCoO_x微納米球的制備及其鋰電性能的研究35-45
• 4.1 引言35-36
• 4.2 結(jié)果與討論36-43
• 4.2.1 MnCoO_x微納米球材料的表征36-40
• 4.2.2 MnCoO_x微納米球材料的鋰電性能測(cè)試40-43
• 4.3 結(jié)論43-45
• 第五章 納米多孔TiO_2/Co_3O_4的制備及其鋰電性能的研究45-55
• 5.1 引言45-46
• 5.2 結(jié)果與討論46-53
• 5.2.1 納米多孔TiO_2/Co_3O_4材料的表征46-50
• 5.2.2 TiO_2/Co_3O_4納米花材料的鋰電性能測(cè)試50-53
• 5.3 結(jié)論53-55
• 第六章 結(jié)論與展望55-57
• 參考文獻(xiàn)57-67
• 致謝67-68
• 附錄68-69

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