本文關(guān)鍵詞：鈷基復(fù)合物鋰離子電池負(fù)極材料的可控合成及電性能研究

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【摘要】：高性能鋰離子電池成為大功率電子設(shè)備(如電動汽車)的迫切需要。日前,石墨和其他的碳材料是主要的鋰離子電池負(fù)極材料,然而這些碳材料做負(fù)極儲鋰的容量不高,在一定程度上很大的限制了鋰離子電池能量密度的進一步提升。所以,開發(fā)高容量的鋰離子電極材料極具迫切。含鈷的無機化合物,如硫化鈷、鈷酸鹽等,由于其獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)已經(jīng)在鋰離子電池中得到了應(yīng)用,并且可以通過碳材料,如石墨烯、非晶多孔碳等與其進行復(fù)合,可以大大提高它們的容量。在本論文中,我們合成了雙重保護的中空結(jié)構(gòu)a-C@GNs@Co_9S_8納米復(fù)合物和雙重保護的三維結(jié)構(gòu)a-C@CoSO_4@GNs納米復(fù)合材料。通過XRD、Raman、XPS、TGA、SEM、TEM及CV、EIS及恒電流充放電等測試手段,觀測復(fù)合物的組成,形貌,尺寸,微觀結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能。(1)通過熱注入法得到石墨烯包覆的中空結(jié)構(gòu)GNs@Co_9S_8納米復(fù)合物,并通過阿拉伯樹包裹,利用高溫裂解法,得到雙重保護的a-C@GNs@Co_9S_8復(fù)合物。將該復(fù)合物應(yīng)用于負(fù)極材料中,并探究其在溫度范圍為-20℃至70℃下的電化學(xué)性能。當(dāng)溫度為70℃時,在500mA g-1電流密度下循環(huán)100周后具備優(yōu)異的可逆比容量910mAhg-1。(2)使用水熱法和高溫裂解法,通過阿拉伯樹膠模板輔助,兩步合成法成功制備了三維結(jié)構(gòu)的a-C@CoSO_4@GNs納米復(fù)合材料。a-C@CoSO_4@GNs納米復(fù)合物在1.5A g-1的電流密度下仍然保持可逆比容量為532.4mAh g-1,其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石墨商業(yè)負(fù)極材料的理論比容量值372mAh g-1;當(dāng)電流密度回到200mAg-1下循環(huán)6周后,可逆比容量分別恢復(fù)至823.5mAh g-1。在整個倍率性能測試過程中,GNs@a-C@CoSO_4材料的庫倫效率始終保持在接近100%。
【關(guān)鍵詞】：雙重包覆 石墨烯 負(fù)極材料 Co_9S_8 CoSO_4
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 引言11-12
• 1.2 鋰離子電池的發(fā)展概述12-13
• 1.3 鋰離子二次電池的組成13-14
• 1.4 鋰離子二次電池的工作原理14-16
• 1.4.1 鋰離子二次電池的優(yōu)缺點15-16
• 1.5 鋰離子電池正極材料的研究現(xiàn)狀16-20
• 1.5.1 層狀LiCoO_2正極材料17
• 1.5.2 層狀LiNiO_2正極材料17-18
• 1.5.3 尖晶石LiMn_2O_4正極材料18-19
• 1.5.4 層狀LiCo_(1/3)Mn_(1/3)Ni_(1/3)O_2三元正極材料19
• 1.5.5 橄欖石LiFePO_4正極材料19-20
• 1.6 鋰離子電池負(fù)極材料的研究進展20-27
• 1.6.1 石墨負(fù)極材料21-22
• 1.6.2 石墨烯負(fù)極材料22
• 1.6.3 硅基、鍺基等合金負(fù)極材料22-23
• 1.6.4 過渡金屬硫化物23-27
• 1.7 本論文的主要研究目的和研究內(nèi)容27-29
• 1.7.1 研究內(nèi)容27-28
• 1.7.2 創(chuàng)新點28-29
• 第二章 合成方法與表征29-38
• 2.1 合成方法29-31
• 2.1.1 熱注入法29
• 2.1.2 水熱合成法29-30
• 2.1.3 高溫?zé)崃呀夥?/span>30-31
• 2.2 藥品與試劑31-32
• 2.3 儀器和設(shè)備32
• 2.4 材料的分析表征32-35
• 2.4.1 X-射線衍射分析（XRD）33
• 2.4.2 熱重分析（TGA）33-34
• 2.4.3 拉曼光譜（Raman）34
• 2.4.4 X-射線光電子能譜分析（XPS）34
• 2.4.5 掃描電子顯微鏡（SEM）34-35
• 2.4.6 透射電子顯微鏡（TEM）35
• 2.5 電化學(xué)測試35-38
• 2.5.1 電池的制備35-36
• 2.5.2 循環(huán)伏安法（CV）36-37
• 2.5.3 交流阻抗法（EIS）37
• 2.5.4 恒電流充放電測試37-38
• 第三章 雙重保護的中空a-C@GNs@Co_9S_8復(fù)合物負(fù)極材料的合成及電性能研究38-56
• 3.1 引言38-39
• 3.2 實驗部分39-41
• 3.2.1 GNs@Co_9S_8復(fù)合物的合成39-40
• 3.2.2 a-C@GNs@Co_9S_8復(fù)合物的合成40
• 3.2.3 負(fù)極極片的制備及電化學(xué)性能測試40
• 3.2.4 結(jié)構(gòu)的表征40-41
• 3.3 結(jié)果與討論41-54
• 3.3.1 a-C@GNs@Co_9S_8復(fù)合材料的組成及相結(jié)構(gòu)分析41-43
• 3.3.2 GNs@Co_9S_8及a-C@GNs@Co_9S_8.的微觀表征（TEM、HRTEM、SAED）43-45
• 3.3.4 材料的電性能分析45-48
• 3.3.5 材料不同溫度下的電化學(xué)阻抗（EIS）分析48-50
• 3.3.6 材料的不同溫度下的循環(huán)伏安（CV）分析50-54
• 3.4 本章小結(jié)54-56
• 第四章 雙重保護的三維結(jié)構(gòu)a-C@CoSO_4@GNs復(fù)合物負(fù)極材料的合成及電性能研究56-71
• 4.1 引言56-57
• 4.2 實驗部分57-60
• 4.2.1 a-C@CoSO_4@GNs納米復(fù)合物的制備57-59
• 4.2.2 負(fù)極極片的制備及電性能測試59
• 4.2.3 結(jié)構(gòu)表征59-60
• 4.3 結(jié)果與討論60-70
• 4.3.1 a-C@CoSO_4@GNs、a-C@CoSO_4及CoSO_4的組成及相結(jié)構(gòu)分析60-62
• 4.3.2 a-C@CoSO_4@GNs復(fù)合物的微觀表征（SEM、TEM）62-64
• 4.3.3 a-C@CoSO_4@GNs復(fù)合物的XPS分析64-65
• 4.3.4 材料的電性能分析65-68
• 4.3.5 材料的電化學(xué)阻抗（EIS）分析68-69
• 4.3.6 復(fù)合材料的充放電機理分析69-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻72-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果89-90
• 致謝90-91
• 答辯委員會對論文的評定意見91

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