本文關鍵詞： 鋰離子電池 負極材料 過渡金屬氧化物 微納材料 ZnGa_2O_4　出處：《山東大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：隨著社會的發(fā)展與科技的進步,化石燃料(煤、石油等)的過度消耗造成了嚴重的能源危機和環(huán)境污染等問題。因此,開發(fā)高效、可持續(xù)利用的新型能源已成為國內(nèi)外專家和科研工作者的研究重點。在眾多的儲能裝置中,鋰離子電池(LIBs)具有能量密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應及自放電小等優(yōu)點,已普遍應用在各類便攜式電子設備(如手提電腦、智能手機等)中。為了滿足人們對電動汽車、混合動力汽車及智能電網(wǎng)等大型電器和儲能體系的需求,探索和開發(fā)具有更高能量密度及長續(xù)航能力的新型LIBs材料變得尤為迫切。過渡金屬氧化物(TMOs)具有合成方法簡單、形貌可控、理論容量高及充放電儲鋰機制多樣等優(yōu)點,備受研究人員的青睞。其中,尖晶石型雙金屬TMOs中兩種金屬協(xié)同效應的存在,使其電化學性能比單金屬TMOs更加優(yōu)異。但是,TMOs存在自身電子導電性較差、首次放電不可逆容量損失大、循環(huán)過程中體積膨脹嚴重等缺點。因此,通過控制材料的微觀形貌及構筑復合材料能有效改善LIBs的電化學性能,進而實現(xiàn)其在LIBs中的大規(guī)模應用。本論文主要從設計構筑微納材料入手,成功合成了尖晶石型的ZnGa_2O_4納米立方塊和蛋黃-蛋殼結構的ZnGa_2O_4@C復合材料,并將它們作為LIBs負極材料,進行了儲鋰性能測試。(1)我們以Zn(CH_3COO)_2·2H_2O、Ga(NO_3)_3·xH_2O和尿素為原料,通過簡單的一步水熱法成功制備出ZnGa_2O_4納米立方塊,并對產(chǎn)物的物相及結構進行了表征,并對ZnGa_2O_4納米立方塊進行了儲鋰性能測試,探究了它作為LIBs負極的可能性。ZnGa_2O_4納米立方塊表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性,在100 mA g~(-1)電流密度下循環(huán)160圈后,ZnGa_2O_4納米立方塊的容量能夠保持在720 mAh g~(-1),鋰電性能優(yōu)于ZnGa_2O_4納米球和ZnO/Ga_2O_3機械混合樣。(2)我們通過水解聚合的方法在ZnGa_2O_4納米球前驅體外包覆一層二氧化硅(SiO_2),再包覆一層間苯二酚甲醛聚合物(RF),然后600℃碳化RF,采用NaOH溶液刻蝕掉SiO2,制備出了蛋黃-蛋殼結構的ZnGa_2O_4@C納米球。作為LIBs負極材料,ZnGa_2O_4@C較大的比表面積能夠增大電極和電解液的接觸面積,縮短Li~+的擴散路徑,進而提高電極過程動力學。無定形碳材料有效提高了電極材料的導電性,外層碳殼與內(nèi)層核之間的空腔能夠提供一定的空間,緩沖循環(huán)過程中的體積變化。蛋黃-蛋殼結構的ZnGa_2O_4@C納米球在電化學循環(huán)過程中表現(xiàn)出較高的質量比容量和倍率性能。
[Abstract]:In order to meet the needs of large electric appliances and energy storage systems , such as electric vehicles , hybrid vehicles and smart grids , it has been widely used in various kinds of portable electronic devices ( such as portable computers , smartphones , etc . ) .

【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM912;TB332

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本文編號：1504271