【摘要】：碳基納米金屬氧化物復(fù)合材料作為近些年來新興的鋰離子電池負(fù)極材料,不僅具備碳材料高導(dǎo)電性、高機(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn),同時(shí)還具有納米金屬氧化物高比容量的優(yōu)點(diǎn)。本論文選取三種不同的納米金屬氧化物作為活性材料,通過合成空腔、多孔及包覆結(jié)構(gòu)的方法制備出三種碳基納米金屬氧化物復(fù)合材料,并研究分析電化學(xué)性能。1.使用碳納米管(CNTs)為導(dǎo)電骨架,通過控制合成條件,使用水熱法合成了三種不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的珠串Fe_3O_4-CNT復(fù)合材料,可以探究不同納米結(jié)構(gòu)對(duì)材料電化學(xué)性能的影響。在不同的電流密度下,不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的珠串Fe_3O_4-CNT復(fù)合材料具有不同的電化學(xué)性能,且空腔Fe_3O_4-CNT最適合用作鋰離子電池負(fù)極材料。2.使用模擬廢舊塑料主要成分的聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)作為碳源,以球形Co_3O_4為活性材料,經(jīng)過催化碳化、氧化及刻蝕等步驟制備合成了Porous-Co_3O_4@C納米復(fù)合材料,并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的表征。當(dāng)作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí),Porous-Co_3O_4@C表現(xiàn)出了更優(yōu)異的循環(huán)壽命及倍率性能。選取0.1 A/g的電流密度時(shí)循環(huán)100圈后的可逆比容量為1015.7 mAh/g,選取1 A/g的電流密度時(shí)循環(huán)300圈后的可逆比容量為760.8 mAh/g。3.使用CNTs作為導(dǎo)電骨架,通過水熱法在其上負(fù)載了一定量的SnO_2納米粒子,并且分別選取葡萄糖和多巴胺為碳源,制備了空腔CNT@SnO_2@C及CNT@SnO_2@CN_x兩種碳納米復(fù)合材料,并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的表征。CNT@SnO_2@CN_x納米復(fù)合材料在作為鋰離子電池材料時(shí),表現(xiàn)出了更優(yōu)異的循環(huán)壽命及倍率性能。當(dāng)在電流密度為0.1 A/g時(shí)循環(huán)100圈后,CNT@SnO_2@CN_x納米復(fù)合材料的可逆比容量為1087.5 mAh/g。
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912;TB383.1
【圖文】：

題背景源和環(huán)境作為現(xiàn)代人類發(fā)展的兩大議題，已經(jīng)得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注會(huì)飛速發(fā)展的近幾十年中，傳統(tǒng)不可再生能源(煤，石油和天然氣)的消耗了源源不斷的能量，但是由此引發(fā)的資源枯竭、環(huán)境污染等問題日益凸顯們轉(zhuǎn)向?qū)稍偕男滦颓鍧嵞茉撮_發(fā)，如太陽能、風(fēng)能等，但是其間斷性低效率等缺點(diǎn)成為限制這類能源發(fā)展的桎梏。二次電池具有可循環(huán)、可再的特點(diǎn)，因而得到了蓬勃的發(fā)展。圖 1.1 為幾種不同可充電電池的能量密度對(duì)比圖，從圖中可以看出，鋰離子電池具有較高的能量密度[1]。除此之電池所表現(xiàn)出來的無記憶效應(yīng)、工作溫度范圍高、存儲(chǔ)壽命長、安全性能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于個(gè)人電子商品、公共交通、軍工等方面。全球企業(yè)增長ost & Sullivan 調(diào)查研究顯示，2020 年全球商用鋰離子電池市場(chǎng)份額將達(dá)到[2]。近些年來，以鋰離子電池作為動(dòng)力電池的電動(dòng)汽車已經(jīng)引起國內(nèi)外的我國作為能源消耗大國，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展，其中以比亞迪能源公司所研發(fā)的電動(dòng)汽車處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

新一代電池系統(tǒng)，成為目前鋰離子電池領(lǐng)域發(fā)展的重要研生產(chǎn)意義[4]。池池組成示的商業(yè)化柱狀鋰離子電池，主要由正極、負(fù)極、電解液的隔膜組成[5]。商業(yè)化鋰離子電池正極材料采用鈷酸鋰（石墨作為負(fù)極。電解液由鋰鹽和混合溶劑體系組成，常見，混合溶劑體系由碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）DEC）等碳酸烷基酯組成[6]。這種混合體系可以提供較高學(xué)穩(wěn)定性高。隔膜采用聚烯類微孔膜，如聚乙烯（PE），或鋁材料，蓋體組織有防爆功能。

子電池工作原理種二次可充電電池，鋰離子電池的充放電過程依賴于 Li+在兩極。圖 1.3 是商業(yè)化鋰離子電池的工作原理示意圖：正極為 LiCoO2放電時(shí)，鋰離子和電子同時(shí)從正極中脫出，朝著相反的方向傳/電解液界面擴(kuò)散進(jìn)入電解液中，電子通過電極和集流體的接觸界狀態(tài)的負(fù)極。最后鋰離子和電子通過兩個(gè)不同的途徑，通過負(fù)極負(fù)極材料中，完成放電過程。反之為充電過程：鋰離子從負(fù)極脫嵌回處于缺鋰狀態(tài)的正極材料中，與此同時(shí)，電子通過外電路從電壓。通過鋰離子在正負(fù)極之間的往返傳遞，構(gòu)筑了鋰離子電池反應(yīng)公式如下：正極反應(yīng)：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-負(fù)極反應(yīng)：nC + xLi++ xe- LixCn總反應(yīng)：LiCoO2+ nC Li1-xCoO2+ LixCn

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本文編號(hào)：2743235