【摘要】：鋰離子電池具有很高的質(zhì)量比能量和體積比能量，循環(huán)壽命長，可充且無污染，無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了現(xiàn)在許多便攜式電子設(shè)備和電池電源高效混合動(dòng)力汽車或電動(dòng)汽車的普遍應(yīng)用。為了滿足日益增長的對高性能鋰離子電池的需求，有效的解決方案之一是利用納米材料具有反應(yīng)活性高，以及獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢有利于電荷傳導(dǎo)和物質(zhì)輸送，有效的提高鋰電池的性能。因此，本文主要研究了棒狀CoMn2O4,球狀Li4Ti5O12和Fe2O3@TiO2中空納米管的制備及電化學(xué)性能。具體工作如下； （1）利用水熱法合成出二氧化錳，并以二氧化錳為模板合成直徑約100nm長度約幾十微米的單晶狀的錳酸鈷，電化學(xué)性能測試表明錳酸鈷產(chǎn)物在電流密度為100mA/g時(shí)，循環(huán)100圈后容量達(dá)到512mAh/g,庫倫效率達(dá)到近98%。當(dāng)電流密度高達(dá)1000mA/g時(shí)容量保持在400mAh/g.表現(xiàn)出高電容量以及良好的循環(huán)可逆性。表明了錳酸鈷納米棒作為負(fù)極材料在鋰離子電池應(yīng)用方面具有極大的潛力。 （2）以銳鈦礦型二氧化鈦?zhàn)鳛槟０�，通過水熱法合成出尖晶石型的鈦酸鋰并以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為碳源對樣品進(jìn)行碳包覆。利用XRD、SEM、XPS和電化學(xué)測試系統(tǒng)對樣品進(jìn)行了表征及測試。電化學(xué)性能測試表明，，包碳后的鈦酸鋰在電流密度為1C循環(huán)100圈后容量達(dá)到160mAh/g，相比在電流密度在2C時(shí)循環(huán)100圈后，其循環(huán)穩(wěn)定性減少的非常小。更優(yōu)異于未進(jìn)行碳包覆的鈦酸鋰。與此同時(shí)，我們也對復(fù)合材料的溫度濕度影響進(jìn)行了研究，當(dāng)濕度從50%增加到90%容量基本保持在175mAh/g,當(dāng)溫度從室溫增至50°C時(shí)，容量達(dá)到220mAh/g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碳包覆可以提高電極材料的導(dǎo)電性，有利于鋰離子的嵌入脫出。 （3）以鈦酸異丙脂和氯化鐵為原料，采用同軸靜電紡絲法制備了Fe2O3@TiO2空心結(jié)構(gòu)納米纖維。對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,制備的納米管直徑約240nm，將Fe2O3@TiO2納米纖維作電極材料組裝成模擬電池測試電化學(xué)性能，該材料在電流密度為200mA/g下，循環(huán)150圈后電容量保持在780mAh/g且?guī)靷愋室恢本S持在約99%,同時(shí)Fe2O3@TiO2納米纖維表現(xiàn)出良好的倍率性能，當(dāng)電流密度增至800mA/g時(shí)，循環(huán)150圈后電容量保持在740mAh/g,衰減很小。這主要是由于具有中空結(jié)構(gòu)的Fe2O3@TiO2納米纖維縮短了鋰離子的擴(kuò)散路徑，有利于鋰離子的快速嵌入和脫出，能明顯提高材料的動(dòng)力學(xué)性能。
[Abstract]:Li-ion batteries have the advantages of high mass specific energy and volume specific energy, long cycle life, recharge and no pollution, no memory effect, etc. As a result, many portable electronic devices and battery power efficient hybrid vehicles or electric vehicles are widely used. In order to meet the increasing demand for high performance lithium-ion batteries, one of the effective solutions is to utilize nanomaterials with high reactive activity and unique structural advantages to facilitate charge conduction and material transportation. Effectively improve the performance of lithium batteries. Therefore, the preparation and electrochemical properties of rod-shaped CoMn2O4, spherical Li4Ti5O12 and Fe2O3@TiO2 hollow nanotubes were studied. The specific work is as follows: The main results are as follows: (1) Manganese dioxide was synthesized by hydrothermal method, and the single crystal cobalt manganate about tens of microns in diameter of 100nm was synthesized by using manganese dioxide as template. The electrochemical performance test showed that the product of cobalt manganate was of 100mA/g at current density. After 100 laps, the capacity reached 512 mg / g, and the efficiency of Coulomb reached nearly 98%. When the current density is as high as 1000mA/g, the capacity remains at 400mAh / g. High capacity and good cycle reversibility. The results show that cobalt manganese nanorods have great potential in lithium ion batteries as anode materials. (2) Spinel lithium titanate was synthesized by hydrothermal method using anatase titanium dioxide as template and polyvinylpyrrolidone (PVP) as carbon source. The samples were characterized and tested by XRD,SEM,XPS and electrochemical measurement system. The electrochemical performance test shows that the capacity of lithium titanate after the current density is 100 cycles is 1 C, and the capacity of lithium titanate is 160 mg 路h / g, which is very small compared with that of 100 cycles when the current density is at 2C. It is superior to lithium titanate without carbon coating. At the same time, the effect of temperature and humidity on the temperature and humidity of the composites is studied. When the humidity increases from 50% to 90%, the capacity is maintained at 175 mg / g, and when the temperature increases from room temperature to 50 擄C, the capacity reaches 220 mg / g. The experimental results show that the carbon coating can improve the conductivity of the electrode material and is beneficial to the intercalation and removal of lithium ions. (3) Fe2O3@TiO2 hollow nanofibers were prepared by coaxial electrospinning with isopropyl titanate and ferric chloride as raw materials. The structure of the nanotubes was characterized, and the diameter of the nanotubes was about 240 nm. The Fe2O3@TiO2 nanofibers were assembled as electrode materials to test the electrochemical performance of the simulated batteries. The material was tested at current density of 200mA/g. After 150 cycles, the capacitance remains at 780mAh/g and the Coulomb efficiency remains at about 99g, while the Fe2O3@TiO2 nanofibers exhibit good rate performance. When the current density is increased to 800mA/g, the capacitance remains at 740mAh/ g after the 150th cycle. The attenuation is very small. This is mainly due to the fact that the hollow Fe2O3@TiO2 nanofibers shorten the diffusion path of lithium ions, which is beneficial to the rapid intercalation and removal of lithium ions, and can obviously improve the kinetic properties of the materials.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM912;TQ131.11

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7 楊e

本文編號：2317540