【摘要】：隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速增長,社會對能源短缺和氣候變化問題的擔(dān)憂日益加劇。因此,開發(fā)高效、可再生的清潔能源變得越來越重要。然而,目前可作為轉(zhuǎn)化化學(xué)能和電能裝置的鋰離子電池(LIBs)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際需求,開發(fā)高性能的LIBs的電極材料迫在眉睫。過渡金屬氧化物因其具有較高的比容量、易于大批量制備等優(yōu)勢,吸引了人們的廣泛專注。然而,過渡金屬氧化物低的電子導(dǎo)電率以及大的體積變化阻礙了其自身的應(yīng)用。金屬有機骨架(MOFs)是一種新型的多孔材料,由金屬離子與有機配體配位而成,具有高比表面積、多孔的特點。MOFs的衍生物能夠很好的解決過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負(fù)極材料時存在的弊端,因此,本論文以MOFs為研究對象,圍繞著如何將其設(shè)計成一維納米材料并應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極作了以下三部分工作。(1)采用溶劑熱方法,以碳納米管為模板,鐵錳雙金屬MOF為前驅(qū)體制備了具有一維結(jié)構(gòu)的FeMnO_X/CNT。探討了碳納米管的不同添加量對復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)的影響,測試了不同碳納米管含量的FeMnO_X/CNT的形貌以及電化學(xué)性能。研究表明當(dāng)碳納米管的添加量為80 mg時,得到的復(fù)合材料具有較好的一維形貌,鐵錳氧化物在碳納米管表面具有均勻的包裹層,同時具有最優(yōu)異的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為0.1A g~(-1)時,該復(fù)合材料的首圈放電比容量為1313.8 mAh g~(-1),經(jīng)過100次的充放電循環(huán)后,其容量依然可維持1107.5 mAh g~(-1),復(fù)合后的材料循環(huán)穩(wěn)定性、容量都比復(fù)合前的單一材料有很大提升。(2)為了避免聚合物粘結(jié)劑和炭黑的加入引起的鋰儲存能力的損失,我們制備了自支撐的氮摻雜碳包覆的CoO納米線陣列(CoO@N-C/NF)復(fù)合材料。該材料通過生長在泡沫鎳基底上的一維CoO納米線陣列作為自犧牲模板生長CoO@ZIF-67納米線陣列,最后通過熱解得到目標(biāo)材料。通過對CoO粉末、CoO/NF、CoO@N-C/NF三個材料的電化學(xué)性能比較,發(fā)現(xiàn)CoO@N-C/NF具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,該材料在1 A g~(-1)的電流密度下首次放電比容量為2015.2 mAh g~(-1),經(jīng)過100次循環(huán)后,其放電比容量保持在1884.1 mAh g~(-1)。同時,該電極材料具有極好的倍率性能,當(dāng)電流密度為5 A g~(-1)時,其放電比容量高達(dá)1169.2 mAh g~(-1)。說明納米線陣列結(jié)構(gòu)和碳包覆對自支撐結(jié)構(gòu)的氧化物電極材料的性能具有很大的改善作用。(3)以雙金屬氧化物為鋰離子電池負(fù)極材料時通常比單金屬氧化物具有更優(yōu)異的性能,在本工作中我們采用置換法在生長ZIF-67基礎(chǔ)之上制備了雙金屬的Ni-Co氫氧化物,并進(jìn)一步通過熱解得到目標(biāo)產(chǎn)物NiO/NiCo_2O_4復(fù)合納米陣列。發(fā)現(xiàn)用硝酸鎳置換ZIF-67的時間為30 min時得到的目標(biāo)產(chǎn)物達(dá)到了我們的預(yù)想結(jié)果并且具有杰出的電化學(xué)性能,在1 A g~(-1)的電流密度下經(jīng)過100次循環(huán)后,其放電比容量保持在983.5 mAh g~(-1),同時,當(dāng)電流密度分別為0.5 A g~(-1)、1 A g~(-1)、2 A g~(-1)和5 A g~(-1)時,平均放電比容量依次為968.7、862.7、805.1、715 mAh g~(-1)。說明目標(biāo)材料的獨特的層級結(jié)構(gòu)以及多金屬氧化物之間的協(xié)同作用對容量的提升具有重要作用。
【圖文】：

鋰離子電池工作原理圖

在不同乙醇/水體積比的鈦箔上生長的Co-Mn前體結(jié)構(gòu)的FESEM圖像:(a)CMO-0,v(EtOH/H2O)=0/80mL;(b)CMO-30,v(EtOH/H2O)=30/50mL;(c)CMO-40,v(EtOH/H2O)=40/40mL;(d)CMO-50,v(EtOH/HO)=50/30mL;(e)CMO-60,v(EtOH/HO)=60/20mL和(f)CMO-70,
【學(xué)位授予單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB33;TM912

【參考文獻(xiàn)】

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1 韓志松;過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];石河子大學(xué);2018年

2 左永濤;鐵基鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其儲鋰性能的研究[D];石河子大學(xué);2016年

3 趙沖沖;金屬有機骨架材料及其衍生物的電化學(xué)儲鋰性能研究[D];湘潭大學(xué);2015年

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本文編號：2617135