本文關(guān)鍵詞：幾種三元金屬氧化物的結(jié)構(gòu)設(shè)計及電化學(xué)性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池由于其高的能量密度、長的使用壽命及無記憶效應(yīng)等優(yōu)點受到了研究者的廣泛關(guān)注。近年來,作為重要的能源儲能及供給裝置已經(jīng)大量應(yīng)用于智能電網(wǎng)、便攜式電子設(shè)備、混合/純電動汽車及其他環(huán)保電子設(shè)備中。為了滿足日益增長的需求,急需要開發(fā)具有低成本、高安全性及高能量密度的鋰離子電池,而這些性能與電極材料的選取密切相關(guān)。負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分,目前,商用石墨類材料由于低的能量密度及安全性差等問題已經(jīng)不能滿足下一代鋰離子電池的需求。三元金屬氧化物由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能、低成本及環(huán)保等優(yōu)點成為了一種非常有前景的電極材料。然而,在循環(huán)過程中巨大的體積變化導(dǎo)致的材料粉碎阻礙了它的進一步發(fā)展。因此,本文主要通過對三元金屬氧化物進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并不斷優(yōu)化,以此來解決電極材料在循環(huán)過程中由于體積變化導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)坍塌問題,主要工作分為以下三個部分:(1)采用兩步法合成了由介孔單晶CoMn2O4納米片自主裝的分層空心微花。首先采用溶劑熱法合成了CoMn-醇酸鹽前驅(qū)體,其次將前驅(qū)體在空氣中500℃煅燒處理就得到了目標(biāo)產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn),去離子水在分層空心微花結(jié)構(gòu)的形成中扮演著至關(guān)重要的角色,當(dāng)反應(yīng)體系中不加去離子水時,形成的是納米片結(jié)構(gòu),當(dāng)加入去離子水時,形成了分層空心微花。依據(jù)一系列的基于時間的實驗,我們探究了分層空心微花的可能形成機理。實驗結(jié)果表明:分層空心微花的形成是典型的自內(nèi)向外的奧斯特瓦爾德熟化過程。鑒于CoMn2O4特殊的結(jié)構(gòu),將其用于鋰離子電池負極材料,小電流密度100 mA g-1下,100次循環(huán)后,可逆容量高達915 mA h g-1,更重要的是在大電流密度1000mA g-1下,初始放電容量高達1024 mA h g-1,500次循環(huán)后,容量依然保持650 mA h g-1,對應(yīng)的庫倫效率為98.7%,表現(xiàn)出了出色的循環(huán)性能。(2)以Zn(CH3COO)2·2H2O和GeO2為原料,乙二胺為螯合劑和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,CTAB為表面活性劑,用一步水熱法合成了捆束狀的Zn2GeO4。使用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等測試手段對樣品的物相組成、結(jié)構(gòu)和形貌進行表征和分析,研究了乙二胺和CTAB的濃度對Zn2GeO4形貌的影響。結(jié)果表明,乙二胺和CTAB的濃度對捆束狀Zn2GeO4的合成至關(guān)重要,當(dāng)乙二胺為0.16 mol,CTAB為0.109 g時,產(chǎn)物為Zn2GeO4納米棒自組裝的捆束狀分層結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)中間部分直徑約為2μm,長度約為8μm。將捆束狀的Zn2GeO4用作負極材料時,在電流密度100 mA g-1下,首次放電/充電容量1774/1107 mA h g-1,60次循環(huán)后放電容量為776 mA h g-1,庫倫效率高達99%,表現(xiàn)了優(yōu)異的循環(huán)性能。(3)以碳微球為模板,通過溶劑熱法及隨后的煅燒處理得到中空的NiCo2O4納米微球,通過X射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對樣品的組成及形貌進行了表征,結(jié)果表明:制備的NiCo2O4中空微球具有高度的結(jié)晶性,粒徑為300 nm,空心球壁厚為30 nm,當(dāng)用作鋰離子電池負極材料時,在1000 mA g-1電流密度下,首次放電容量達到了1360 mA h g-1,循環(huán)250次后,容量高達585 mA h g-1,庫倫效率為99%,表現(xiàn)出了優(yōu)異的循環(huán)性能。
【關(guān)鍵詞】：負極材料 鋰離子電池 三元金屬氧化物 分層結(jié)構(gòu) 中空結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912;TB34
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 引言11
• 1.2 鋰離子電池概述11-15
• 1.2.1 鋰離子電池發(fā)展簡史11-13
• 1.2.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及原理13-14
• 1.2.3 鋰離子電池的特點及應(yīng)用14-15
• 1.3 鋰離子電池負極材料概述15-21
• 1.3.1 碳材料15-17
• 1.3.2 硅基及鍺基材料17-19
• 1.3.3 鈦酸鋰材料19
• 1.3.4 過渡三元金屬氧化物19-21
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容21-22
• 2 CoMn_2O_4分層空心微花的制備及電化學(xué)性能研究22-41
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實驗部分23-26
• 2.2.1 實驗藥品及實驗儀器23-24
• 2.2.2 CoMn_2O_4分層空心微花的制備24-25
• 2.2.3 產(chǎn)品的表征和電化學(xué)性能測試25-26
• 2.3 結(jié)果與討論26-40
• 2.3.1 中間體的物相及形貌表征26-27
• 2.3.2 產(chǎn)物的物相及形貌表征27-32
• 2.3.3 分層空心微花的機理探討32-35
• 2.3.4 產(chǎn)物的比表面積及孔徑分析35-36
• 2.3.5 產(chǎn)物的電化學(xué)性能表征36-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 3 捆束狀Zn_2GeO_4的制備及電化學(xué)性能研究41-53
• 3.1 引言41-42
• 3.2 實驗部分42-45
• 3.2.1 實驗藥品及實驗儀器42-43
• 3.2.2 捆束狀Zn_2GeO_4的制備43-44
• 3.2.3 產(chǎn)品的表征和電化學(xué)性能測試44-45
• 3.3 結(jié)果和討論45-52
• 3.3.1 產(chǎn)品的物相分析45-46
• 3.3.2 Zn_2GeO_4樣品的形貌表征46-47
• 3.3.3 捆束狀Zn_2GeO_4的形成過程及相關(guān)機理探討47-51
• 3.3.4 捆束狀Zn_2GeO_4的電化學(xué)性能分析51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 4 中空NiCo_2O_4納米微球的制備及電化學(xué)性能研究53-61
• 4.1 引言53-54
• 4.2 實驗部分54-56
• 4.2.1 實驗藥品及實驗儀器54-55
• 4.2.2 中空NiCo_2O_4納米微球的制備55
• 4.2.3 產(chǎn)品的表征和電化學(xué)性能測試55-56
• 4.3 結(jié)果與討論56-60
• 4.3.1 形成機理56
• 4.3.2 物相及熱重分析56-57
• 4.3.3 形貌分析57-58
• 4.3.4 中空NiCo_2O_4的電化學(xué)性能分析58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 5 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果75-76
• 致謝76-77

【參考文獻】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 于敬學(xué);硅和鍺基納米材料的合成及作為鋰離子電池負極材料的研究[D];浙江大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 王瑞;鋰離子電池負極鍺酸鹽復(fù)合材料的制備及電性能研究[D];華南理工大學(xué);2014年

2 杜軍;鈷酸鎳納米結(jié)構(gòu)材料的合成及電化學(xué)性能研究[D];湖南大學(xué);2014年

3 王瑗鐘;幾種鋰電池納米電極材料的制備與電化學(xué)性能研究[D];中北大學(xué);2013年

4 劉進;分等級Zn_2GeO_4微米球催化劑的制備及其光催化性能研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：幾種三元金屬氧化物的結(jié)構(gòu)設(shè)計及電化學(xué)性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：262532