發(fā)布時(shí)間：2017-06-08 21:03

  本文關(guān)鍵詞：基于中空碳球的鋰離子電池負(fù)極材料的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文利用模板法制備了納米級(jí)中空碳球HCM、錳氧化物／中空碳球復(fù)合物Mn3O4/HCM和MnO/HCM.以及酚醛(PF)和多巴胺分別作為包覆層碳源制得的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)一氧化錳/碳復(fù)合物MnO/Co使用透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、紅外光譜(FT-IR)、拉曼光譜、熱失重分析(TGA)、X射線(xiàn)衍射譜分析(XRD)、BET測(cè)試等對(duì)HCM和錳氧化物/碳復(fù)合材料的微觀形貌、化學(xué)組成、結(jié)晶特性、孔隙結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了表征與分析,并分別將這些樣品作為鋰電負(fù)極活性材料,組裝成半電池,利用循環(huán)伏安法(CV)、交流阻抗測(cè)試和恒電流循環(huán)測(cè)試等測(cè)試手段對(duì)所制備的幾種樣品的電化學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比、分析。分析結(jié)果表明,所制備HCM的完整度和規(guī)整度較好,石墨化程度較低,含有豐富的介孔,比表面積達(dá)814.804m2/g,作為鋰電負(fù)極材料,其容量遠(yuǎn)超出石墨的理論嵌鋰容量,在1.0Ag-1的較高電流密度下充、放電1000圈后,比容量仍高達(dá)511.5mAhg-1,具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能;制備的MnOx/HCM為錳氧化物晶粒與HCM的混合物,少量較小晶粒可能進(jìn)入HCM中,但其容量與空白樣HCM相比有大幅提升,說(shuō)明MnOx的加入帶來(lái)的氧化還原反應(yīng)能夠提高負(fù)極的容量水平。在包覆殼層之前加入錳源,可得到微米級(jí)(2-3μm)、粒徑均一、MnO晶粒均勻分布在碳基體中的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。對(duì)比不同含碳量和包覆層碳源的MnO/C在電化學(xué)上的表現(xiàn),發(fā)現(xiàn)含碳量為8%、包覆層碳源為PF時(shí)所制得的MnO/C復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì),在1.0Ag1下充、放電700次以后可逆比容量高達(dá)1224.6 mAhg-1,首次庫(kù)倫效率高達(dá)80%以上,倍率性能較好(3.OA g-1下7.7分鐘充電99.8%,得到391.1 mAhg-1的可逆比容量),且結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定,說(shuō)明碳層豐富的介孔能夠提供大量?jī)?chǔ)鋰活性位點(diǎn),而且聚苯乙烯(PS)模板揮發(fā)過(guò)程殘留在晶粒間的碳層以及微粒表面包覆的碳層中的微介孔和PS移除后留下的大孔組成的多尺度孔結(jié)構(gòu)和微粒中的碳層均能有效緩沖MnO轉(zhuǎn)化反應(yīng)過(guò)程中的劇烈體積變化,使MnO的容量不會(huì)因體積變化發(fā)生粉碎而產(chǎn)生容量衰退,并且隨著后期MnO的無(wú)定形化、界面阻抗降低和高價(jià)態(tài)氧化物的形成,出現(xiàn)了容量略有降低后又上升到遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出初始水平的現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：中空碳球 多級(jí)孔結(jié)構(gòu) 錳氧化物 鋰離子電池 負(fù)極材料
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-19
• 第一章 緒論19-35
• 1.1 碳材料簡(jiǎn)介19
• 1.2 中空碳球及其在電化學(xué)中的應(yīng)用19-28
• 1.2.1 中空碳球簡(jiǎn)介19
• 1.2.2 中空碳球的制備方法及其研究進(jìn)展19-25
• 1.2.2.1 金屬還原法19-20
• 1.2.2.2 超臨界法20
• 1.2.2.3 沖擊壓縮法20
• 1.2.2.4 高溫?zé)峤夥?/span>20-21
• 1.2.2.5 化學(xué)氣相沉積法21
• 1.2.2.6 水熱法21-22
• 1.2.2.7 模板法22-25
• 1.2.3 中空碳球在電化學(xué)中的應(yīng)用25-28
• 1.2.3.1 在燃料電池催化劑載體中的應(yīng)用25-26
• 1.2.3.2 在超級(jí)電容器電極材料中的應(yīng)用26-27
• 1.2.3.3 在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用27-28
• 1.3 鋰離子電池負(fù)極材料28-33
• 1.3.1 鋰離子電池簡(jiǎn)介28-30
• 1.3.1.1 鋰離子電池研究進(jìn)展28-29
• 1.3.1.2 鋰離子電池的原理及特征29-30
• 1.3.2 碳負(fù)極材料30-31
• 1.3.2.1 結(jié)晶碳31
• 1.3.2.2 非結(jié)晶碳31
• 1.3.3 金屬氧化物/碳復(fù)合負(fù)極材料31-33
• 1.3.3.1 錳氧化物作鋰電負(fù)極材料32
• 1.3.3.2 錳氧化物與多孔碳材料的復(fù)合32-33
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容及意義33-35
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分35-45
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備35-37
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原料35
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備35-36
• 2.1.3 電池用材料36-37
• 2.2 實(shí)驗(yàn)步驟及方法37-41
• 2.2.1 中空碳球的制備37-38
• 2.2.1.1 聚苯乙烯(PS)微球的合成37
• 2.2.1.2 聚苯乙烯微球的磺化(s-PS)37-38
• 2.2.1.3 聚苯乙烯/酚醛樹(shù)脂核殼材料(PS/PF)的制備38
• 2.2.1.4 碳化制備中空碳球(HCM)38
• 2.2.2 MnO_x/HCM復(fù)合材料的制備38-39
• 2.2.3 多級(jí)孔結(jié)構(gòu)MnO/C復(fù)合材料的制備39-40
• 2.2.3.1 以PF為殼層材料制備多級(jí)孔結(jié)構(gòu)MnO/C復(fù)合材料39-40
• 2.2.3.2 以多巴胺為殼層材料制備多級(jí)孔結(jié)構(gòu)MnO/C復(fù)合材料40
• 2.2.4 鋰離子電池負(fù)極的制備及半電池的組裝40-41
• 2.3 材料的測(cè)試分析41-45
• 2.3.1 掃描電鏡(SEM)分析41
• 2.3.2 透射電鏡(TEM)分析41
• 2.3.3 紅外光譜(FT-IR)分析41-42
• 2.3.4 拉曼(Raman)光譜分析42
• 2.3.5 熱失重(TGA)分析42
• 2.3.6 X射線(xiàn)衍射(XRD)分析42-43
• 2.3.7 BET比表面積測(cè)試43
• 2.3.8 電化學(xué)性能測(cè)試43-45
• 2.3.8.1 恒電流循環(huán)43
• 2.3.8.2 循環(huán)伏安法(CV)43
• 2.3.8.3 交流阻抗測(cè)試43-45
• 第三章 中空碳球作鋰電負(fù)極材料的研究45-57
• 3.1 中空碳球的微觀形貌和化學(xué)組成分析45-51
• 3.1.1 不同磺化時(shí)間和投料比對(duì)中空碳球微觀形貌的影響45-49
• 3.1.2 不同磺化時(shí)間和投料比所得PS/PF的化學(xué)組成分析49-50
• 3.1.3 碳化前后的FT-IR分析50-51
• 3.2 中空碳球的結(jié)晶結(jié)構(gòu)分析51-53
• 3.2.1 中空碳球的拉曼光譜分析51-52
• 3.2.2 中空碳球的BET分析52-53
• 3.3 中空碳球的電化學(xué)性能53-57
• 3.3.1 HCM形貌結(jié)構(gòu)對(duì)其循環(huán)性能的影響53-55
• 3.3.2 HCM的交流阻抗表征55-56
• 3.3.3 HCM的伏安循環(huán)表征56-57
• 第四章 氧化錳/碳復(fù)合材料作鋰電負(fù)極材料的研究57-79
• 4.1 MnO_x/HCM復(fù)合材料作鋰電負(fù)極材料的研究57-63
• 4.1.1 Mn_3O_4/HCM復(fù)合材料的微觀形貌形貌分析57-58
• 4.1.2 Mn_3O_4/HCM復(fù)合材料的TGA分析58
• 4.1.3 Mn_3O_4/HCM復(fù)合材料的XRD分析58-59
• 4.1.4 Mn_3O_4/HCM復(fù)合材料的電化學(xué)性能59-60
• 4.1.5 MnO/HCM復(fù)合材料的微觀形貌分析60
• 4.1.6 MnO/HCM復(fù)合材料的TGA分析60-61
• 4.1.7 MnO/HCM復(fù)合材料的XRD分析61
• 4.1.8 MnO/HCM復(fù)合材料的電化學(xué)性能61-63
• 4.2 多級(jí)孔結(jié)構(gòu)MnO/C復(fù)合材料作鋰電負(fù)極材料的研究63-79
• 4.2.1 sPS-MnCO_3的微觀形貌、化學(xué)組成與結(jié)晶特性分析63-64
• 4.2.2 sPS-MnCO_3/PF的微觀形貌和化學(xué)組成分析64-65
• 4.2.3 PF為包覆層碳源的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)MnO/C復(fù)合材料的微觀形貌和化學(xué)組成分析65-68
• 4.2.4 PF為包覆層碳源的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)MnO/C復(fù)合材料的結(jié)晶特性分析68-69
• 4.2.5 PDA為包覆層碳源的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)MnO/C復(fù)合材料的微觀形貌、化學(xué)組成與結(jié)晶特性分析69-71
• 4.2.6 多級(jí)孔結(jié)構(gòu)MnO/C復(fù)合材料的電化學(xué)性能71-79
• 4.2.6.1 碳含量對(duì)MnO/C的循環(huán)性能的影響71-72
• 4.2.6.2 殼層材料對(duì)MnO/C的循環(huán)性能的影響72-73
• 4.2.6.3 MnO/C的最佳循環(huán)性能與倍率性能73-74
• 4.2.6.4 MnO/C的循環(huán)伏安表征74-75
• 4.2.6.5 MnO/C的首次和第五、第十次充放電75-76
• 4.2.6.6 MnO/C的阻抗表征76
• 4.2.6.7 MnO/C循環(huán)后的微觀結(jié)構(gòu)分析76-79
• 第五章 結(jié)論79-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 致謝87-89
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文89-91
• 作者及導(dǎo)師簡(jiǎn)介91-93
• 附件93-94

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