本文關(guān)鍵詞：鈷基金屬氧化物電極材料的制備及電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰離子電池由于具有比能量高、自放電率低、壽命長、無記憶效應(yīng)等特點,不僅在便攜式設(shè)備和儲能系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,還被逐漸應(yīng)用于電動汽車之中。為了滿足動力電池的發(fā)展要求,開發(fā)出具有高容量、大倍率和高穩(wěn)定性的鋰離子電池負極材料是科學(xué)研究的熱點�；旌线^渡金屬氧化物材料因其具有遠高于商用化石墨的理論容量(372 m Ah g~(-1)),而被視為是一種有潛在應(yīng)用價值的負極材料。然而,金屬氧化物材料自身電子電導(dǎo)率低,在脫嵌鋰過程中發(fā)生的體積膨脹/收縮等一些特點制約了其進一步實用化。研究表明,納米技術(shù)能夠調(diào)控材料的微觀結(jié)構(gòu),有效地緩解過渡金屬氧化物的上述缺陷,對提高鋰離子電池負極材料的電化學(xué)性能有著重要意義。本論文采用液相法制備具有特殊分級結(jié)構(gòu)的鈷基金屬氧化物材料,通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等對樣品結(jié)構(gòu)與形貌進行表征,測試其電化學(xué)性能,研究電化學(xué)性能與不同形貌、組成之間的關(guān)系,為負極材料的發(fā)展做出積極探索。首次采用微波水熱法在β-環(huán)糊精為模板劑的體系中制備出了海膽狀的CuCo_2O_4電極材料。考察了反應(yīng)溫度、β-環(huán)糊精加入量等試驗參數(shù)對樣品形貌的影響,并通過時間演進實驗探究了海膽狀形貌的形成機理。由于材料具有納米棒自組裝的海膽狀結(jié)構(gòu),能有效地緩解充放電過程中結(jié)構(gòu)應(yīng)變所造成的體積效應(yīng),從而提升材料的電化學(xué)性能。該電極材料在2 A g~(-1)的電流密度下,經(jīng)過600次循環(huán),容量仍能保持在699 m Ah g~(-1)。采用溶劑熱法在DMF/乙醇體系下,以PVP為表面活性劑構(gòu)筑了粒子球狀ZnCo_2O_4分級結(jié)構(gòu)。考察了混合溶劑配比、PVP加入量對樣品形貌的影響,證明了PVP在體系中的尺寸限制等作用,論證了產(chǎn)物中多孔結(jié)構(gòu)的形成是由于前驅(qū)體中PVP熱分解所導(dǎo)致的。由于納米顆粒組裝而成的微米球結(jié)構(gòu)具有多孔特性,使材料具有良好的電化學(xué)性能,在3 A g~(-1)的大電流密度下,循環(huán)300次后,放電容量仍可達到671 m Ah g~(-1),庫倫效率穩(wěn)定在97%以上。材料具有較高的可逆容量、良好的循環(huán)穩(wěn)定性以及良好的倍率性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負極材料 分級結(jié)構(gòu) 鈷酸銅 鈷酸鋅
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-28
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 鋰離子電池發(fā)展簡史11-13
• 1.3 鋰離子電池工作原理13-15
• 1.4 鋰離子電池負極材料研究進展15-26
• 1.4.1 插層型負極材料16-20
• 1.4.2 合金化型負極材料20-22
• 1.4.3 轉(zhuǎn)換型負極材料22-26
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容26-28
• 第2章 實驗材料及測試方法28-34
• 2.1 實驗儀器和原料28-29
• 2.1.1 實驗原料28-29
• 2.1.2 實驗儀器29
• 2.2 材料制備方法29-30
• 2.2.1 微波水熱法29-30
• 2.2.2 水熱/溶劑熱法30
• 2.3電極材料的物理性能測試30-31
• 2.3.1 X射線衍射測試（XRD）30
• 2.3.2 場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）及能譜（EDX）30-31
• 2.3.3 透射電子顯微鏡（TEM）31
• 2.3.4 比表面積和孔徑分布分析（BET）31
• 2.3.5 熱重分析（TG）31
• 2.3.6 傅里葉變換紅外光譜分析（FT-IR）31
• 2.4 實驗電池組裝31-32
• 2.4.1 電極的制備31-32
• 2.4.2 半電池的組裝32
• 2.5電極材料的電化學(xué)性能測試32-34
• 2.5.1 恒流充放電測試32-33
• 2.5.2 循環(huán)伏安測試33
• 2.5.3 交流阻抗測試33-34
• 第3章 海膽狀CuCo_2O_4的制備及電化學(xué)性能研究34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 樣品的制備34-35
• 3.3 海膽狀CuCo_2O_4的結(jié)構(gòu)與形貌分析35-37
• 3.4 實驗參數(shù)對產(chǎn)物形貌的影響37-42
• 3.4.1 反應(yīng)溫度對形貌的影響37-38
• 3.4.2 尿素加入量對形貌的影響38-39
• 3.4.3 β-環(huán)糊精加入量對形貌的影響39-40
• 3.4.4 溶劑對形貌的影響40
• 3.4.5 海膽狀CuCo_2O_4納米材料的生長機理的研究40-42
• 3.5 CuCo_2O_4納米材料的電化學(xué)性能42-47
• 3.5.1 循環(huán)伏安測試42-43
• 3.5.2 循環(huán)性能測試43-45
• 3.5.3 充放電測試45-46
• 3.5.4 交流阻抗測試46-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第4章 ZnCo_2O_4多孔粒子球的制備及電化學(xué)性能研究48-67
• 4.1 引言48-49
• 4.2 樣品制備49
• 4.3 ZnCo_2O_4粒子球狀分級結(jié)構(gòu)的物相與形貌分析49-53
• 4.3.1 物相分析49-51
• 4.3.2 形貌分析51-53
• 4.4 實驗參數(shù)對產(chǎn)物形貌的影響53-59
• 4.4.1 混合溶劑比例對形貌的影響53-54
• 4.4.2 表面活性劑PVP加入量對形貌的影響54-58
• 4.4.3 粒子球狀分級結(jié)構(gòu)的形成機理探究58-59
• 4.5 ZnCo_2O_4納米材料的電化學(xué)性能59-65
• 4.5.1 循環(huán)伏安測試59-60
• 4.5.2 恒流充放電測試60-61
• 4.5.3 循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能測試61-64
• 4.5.4 交流阻抗測試64-65
• 4.6本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻68-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果76-78
• 致謝78

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