【摘要】：鋰離子電池具有很多優(yōu)勢,例如高能量密度、無記憶效應(yīng)、較長的循環(huán)壽命等,這些優(yōu)勢使其成為便攜式電子設(shè)備重要的動力提供者。隨著環(huán)境和能源危機的出現(xiàn),鋰離子電池作為下一代混合和純電動汽車的動力源之一越來越受到關(guān)注,并對鋰離子電池的能量密度和安全性能提出了更高的要求,這就促使我們?nèi)パ芯块_發(fā)低消耗和高性能的電極材料。目前商用的鋰離子電池負極材料石墨存在一些缺點,例如比容量低(理論比容量372 mAh g~(-1))、大倍率下容量衰減比較快,這一系列的問題不能滿足高性能鋰離子電池下一代的高要求。所以,研究其它高比容量,優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能的電極材料是很有必要的。ZnFe_2O_4因為高理論比容量和低能耗而受到廣泛關(guān)注。但是,ZnFe_2O_4負極材料導(dǎo)電性差、體積膨脹等問題導(dǎo)致了容量的快速衰減、倍率性能較差,這些問題限制了它的實際應(yīng)用。為了改善這個現(xiàn)狀,研究者們通常將金屬復(fù)合氧化物納米化或者與高電導(dǎo)率材料(碳、金屬)復(fù)合,來提高界面動力和電子傳輸能力。進而增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。Li_4Ti_5O_(12)在充放電過程中具有良好的循環(huán)可逆性,材料的體積幾乎沒有變化,循環(huán)穩(wěn)定性也比較理想。工作電壓在1.5 V左右,可以有效的防止金屬鋰枝晶的形成,從而保證電池在循環(huán)過程中良好的安全性能。但是Li_4Ti_5O_(12)的電子導(dǎo)電性差、容易脹氣,這是Li_4Ti_5O_(12)作為鋰離子電池負極材料得不到廣泛應(yīng)用的主要原因。目前,針對材料所存在的問題主要從以下幾個方面進行改性:制備納米級別的材料、與導(dǎo)電物質(zhì)復(fù)合、離子摻雜、表面包覆等。本論文緒論簡單介紹鋰離子電池及關(guān)鍵材料外,主要針對ZnFe_2O_4和Li_4Ti_5O_(12)負極材料的改性方法進行了詳細闡述。本論文的主要實驗是通過仿生的方法將多巴胺包覆及其與多種導(dǎo)電劑的復(fù)合物修飾在ZnFe_2O_4和Li_4Ti_5O_(12)負極材料的表面,制備出復(fù)合負極材料。具體的實驗內(nèi)容分為以下三個方面:1.采用簡單易行的溶膠凝膠法制備出納米級別的ZnFe_2O_4負極材料,用仿生材料多巴胺通過在材料表面自聚包覆形成一層聚多巴胺包覆層。由于聚多巴胺薄膜是很好的離子透過膜,因此,在ZnFe_2O_4負極材料表面修飾聚多巴胺薄膜后保護電極材料的同時還可以改善電極材料的離子導(dǎo)電性。本實驗通過控制不同的反應(yīng)時間對包覆層的厚度進行優(yōu)化,當(dāng)包覆時間為2 h時,復(fù)合材料展示出了出色的電化學(xué)性能,在電流是1 A g~(-1)時,初始放電比容量是2079 mAh g~(-1),循環(huán)了150圈后,可逆放電比容量仍然可以達到2074mAh g~(-1)。而且,在電流為5 A g~(-1)時,ZFDA1電極的可逆比容量是1187 mAh g~(-1)。2.開發(fā)了一種兼具離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電的雙功能表面修飾層,該修飾層是由聚多巴胺和不同導(dǎo)電碳復(fù)合而成。多巴胺具有和任何材料都有很好結(jié)合力的特性,在多巴胺的緩沖溶液中添加適量的導(dǎo)電碳,通過多巴胺的自聚在ZnFe_2O_4負極材料表面實現(xiàn)均勻地雙功能表面修飾。本實驗在前期包覆厚度優(yōu)化的基礎(chǔ)上優(yōu)化了不同導(dǎo)電碳種類(如Super P或Graphene)和不同添加量對ZnFe_2O_4負極材料電化學(xué)性能的影響。當(dāng)Super P的添加量為3%時,復(fù)合材料ZFDASP2電性能最好。在1 A g~(-1)的電流密度下進行100次循環(huán)后仍然夠保持約2101.9 mA h g~(-1)的容量。Graphene的添加量為2%時,復(fù)合材料ZFDAGO1具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。3.對負極材料Li_4Ti_5O_(12)表面進行雙功能包覆改性,采用效果較好的Super P作為導(dǎo)電碳,對Super P的添加量進行了進一步的優(yōu)化。當(dāng)Super P的添加量為3%時,在電流密度35 mA g~(-1)下,可以明顯看出LTOSP2的初始放電比容量為175 mAh g~(-1),而未經(jīng)過改性的LTO的首次放電比容量為162.7 mAh g~(-1),循環(huán)至150圈后,LTOSP2的放電比容量仍保持在較高水平。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM912

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本文編號：2353272