【摘要】：隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的出現(xiàn)，開發(fā)清潔可再生資源和新能源是今后世界經(jīng)濟(jì)中最具有決定性影響的技術(shù)領(lǐng)域之一。鋰離子電池在具有工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長、質(zhì)量輕、自放電率低和無污染等優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用并向電動汽車、空間技術(shù)、國防工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)展。進(jìn)一步提高性能和降低成本是鋰離子電池發(fā)展和改進(jìn)的主要方向，，其關(guān)鍵在于開發(fā)高性能和低成本的電極材料。電化學(xué)電容器是一種新型的能源裝置，因其功率密度高和循環(huán)性能好等特點(diǎn)，不僅可以用于計(jì)算機(jī)等后備電源，還可以和鋰離子電池組合作為電動汽車的動力電源系統(tǒng)，因此電化學(xué)電容器也是新型化學(xué)電源研究熱點(diǎn)。 本論文概述了電化學(xué)電容器和鋰離子電池電極材料的最新研究進(jìn)展，并采用電化學(xué)沉積法制備出鈷酸鎳電極材料。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)等測試方法對電極材料的形貌和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用循環(huán)伏安法(CV)、恒流充放電和電化學(xué)阻抗(EIS)等測試方法對電極材料的電化學(xué)性能進(jìn)行研究。主要內(nèi)容概括如下： (1)以碳纖維布為基底，在硝酸鎳和鈷酸鎳的混合溶液中，用電化學(xué)沉積法制備了NiCo2O4納米片陣列，采用了XRD、SEM和TEM表征了電極材料的結(jié)構(gòu)和微觀形貌。XRD結(jié)果顯示材料的衍射峰與鈷酸鎳(JCPDS No.73-1702)的標(biāo)準(zhǔn)峰相對應(yīng)。SEM分析結(jié)果表明電極材料呈相互交錯的納米片陣列和這些納米片的厚度大約10nm。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)不僅提供了離子快速進(jìn)出電極表面通道，而且可以充分利用電極材料的電活性位而發(fā)生氧化還原反應(yīng)。通過TEM進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，這些納米片是由許多納米小顆粒(直徑約為5nm)組成的。用循環(huán)伏安和恒流充放電等電化學(xué)測試方法對其電化學(xué)性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，所制地的鈷酸鎳電極材料展現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，在電流密度為2A/g時，其電極的比電容達(dá)到2506F/g，并且在10A/g的電流密度下經(jīng)過3000次循環(huán)后，電極材料的容量能夠保持80%的初始容量，表明此電極材料高的比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，是一種具有潛在應(yīng)用價值的電化學(xué)電容器電極材料。 (2)將上述通過電化學(xué)沉積法制備出的鈷酸鎳納米片作為電極材料組裝成鋰離子電池進(jìn)行性能測試。通過循環(huán)伏安、充放電性能測試及循環(huán)性能測試對其電化學(xué)性能作出分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)現(xiàn)其具有出色的循環(huán)性能和良好的高倍率性能。在電流密度為200mA/g時，首次放電容量為2147mAh/g，其庫倫效率基本維持在99%，經(jīng)過50次循環(huán)后，容量仍然保持在1502mAh/g，具有良好的電化學(xué)性能。這是因?yàn)殁捤徭嚰{米片一方面較大的比表面積提供大量的儲鋰位置，另一方面其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得鋰離子在其電解液中的滲透更加迅速和有利于循環(huán)的穩(wěn)定性。 (3)在碳布上通過電化學(xué)沉積的方法制備出的石墨烯和鈷酸鎳的復(fù)合材料，并進(jìn)行材料的表征和電化學(xué)性能的測試，其結(jié)果表明，該材料的形貌是一種獨(dú)特的納米片和石墨烯片的插層結(jié)構(gòu)，有利于電子的傳輸和保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。將是一種很有前途的電化學(xué)電容器的電極材料。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

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1 鄧梅根,張治安,楊邦朝;超微粒子的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2003年10期

2 鄧梅根,汪斌華,胡永達(dá),楊邦朝;電化學(xué)混合電容器[J];電池;2004年04期

3 戴永年,楊斌,姚耀春,馬文會,李偉宏;鋰離子電池的發(fā)展?fàn)顩r[J];電池;2005年03期

4 周強(qiáng);王金全;楊波;;超級電容器:性能優(yōu)越的儲能器件[J];電氣技術(shù);2006年06期

5 南俊民,楊勇,林祖賡;電化學(xué)電容器及其研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);1996年04期

6 張治安,鄧梅根,胡永達(dá),楊邦朝;電化學(xué)電容器的特點(diǎn)及應(yīng)用[J];電子元件與材料;2003年11期

7 孟慶函,劉玲,宋懷河,凌立成;炭氣凝膠為電極的超級電容器的研究[J];功能材料;2004年04期

8 賀慧,程璇,張穎,楊勇;鋰離子電池正極材料的研究進(jìn)展[J];功能材料;2004年06期

9 王曉峰,孔祥華,劉慶國,解晶瑩;新型化學(xué)儲能器件——電化學(xué)電容[J];化學(xué)世界;2001年02期

10 江奇,劉寶春,瞿美臻,周固民,張伯蘭,于作龍;多壁碳納米管結(jié)構(gòu)與其電化學(xué)容量之間關(guān)系的研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2002年08期

本文編號：2543502