【摘要】：隨著傳統(tǒng)能源如石油、天然氣等的大量消耗,人類對這類燃料的過度使用也帶來了日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問題,不可再生能源終將枯竭。而鋰離子二次電池具有許多優(yōu)良的性能,如極長的循環(huán)壽命、輸出電壓很高、能量密度大、充放電過程快速等,而被看作是最有前途的能源儲存系統(tǒng),并大量應(yīng)用到日常生活所需的便攜式電子產(chǎn)品中,并作為混合動力汽車、電動汽車的重要電源,逐步向大功率系統(tǒng)設(shè)備的領(lǐng)域發(fā)展。如今最為普遍的鋰離子電池負(fù)極材料為碳類材料,但其理論容量較低,安全性不高的問題限制了該類材料在鋰電中的進(jìn)一步應(yīng)用。而過渡態(tài)金屬氧化物有著很高的理論比容量和豐富的來源,受到了研究者的廣泛關(guān)注。然而,作為負(fù)極材料時,其電子電導(dǎo)率很低且在充放電過程中體積和內(nèi)部結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生極大的變化,使得電池的不可逆容量變大,循環(huán)穩(wěn)定性較差。將不同尺寸、不同形貌的過渡金屬氧化物與其他納米尺寸的材料進(jìn)行復(fù)合可以很好的改善負(fù)極材料的電化學(xué)性能。本文以過渡態(tài)金屬氧化物為主要研究對象,制備了Cu_2O納米立方體、MoS_2/Cu_2O納米復(fù)合物、Co_3O_4納米片、MoS_2/Co_3O_4納米復(fù)合物。通過X-射線粉末衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等測試方法對材料的尺寸、微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析,通過交流阻抗、循環(huán)伏安、恒流充放電、倍率充放電測試系統(tǒng)對合成材料的電化學(xué)性能進(jìn)行探究。主要工作包括以下兩個部分:1.根據(jù)已有文獻(xiàn),采用簡單的液相剝離法,超聲進(jìn)行剝離制備超薄的MoS_2納米片,通過水溶液法制備尺寸均一、體積較小的Cu_2O立方體,將兩種材料攪拌進(jìn)行復(fù)合即可得到MoS_2/Cu_2O納米復(fù)合物。XRD和TEM結(jié)果表明,單一的Cu_2O立方體尺寸均一,但出現(xiàn)了明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象,所制備的MoS_2/Cu_2O納米復(fù)合物有效的緩解了Cu_2O立方體的團(tuán)聚,Cu_2O立方體均一的負(fù)載在了MoS_2納米片的表面。將單體與復(fù)合物分別作為鋰離子電池的負(fù)極材料進(jìn)行測試,結(jié)果表明,MoS_2/Cu_2O復(fù)合物顯示出優(yōu)于Cu_2O立方體的電化學(xué)性能。電流密度200 mA g~(-1)的條件下,MoS_2/Cu_2O電極材料的初次放電比容量為497.52 mAh g~(-1),循環(huán)50圈后的容量為519.2 mAh g~(-1),循環(huán)180圈以后,容量保持為524.9 mAh g~(-1),循環(huán)過程中的庫倫效率能夠維持在98%以上。因此得出結(jié)論,合成的MoS_2/Cu_2O納米復(fù)合物不僅提高了MoS_2和Cu_2O電化學(xué)活性,同時兩材料間具有一定的協(xié)同作用,緩解了電極材料的體積變化,供給了鋰離子更大的的嵌入-脫出空間。2.將MoS_2粉末分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,超聲進(jìn)行剝離,可獲得超薄的MoS_2納米片,并分散在水與乙醇成比例的溶液中。向MoS_2分散液中加入原料六水合氯化鈷(CoCl_2.6H_2O)和六次甲基四胺(HMT),90℃條件下反應(yīng),將所得產(chǎn)物用馬弗爐煅燒,得到MoS_2/Co_3O_4復(fù)合物。表征結(jié)果表明,水溶液法制備的Co_3O_4納米片為六角片狀,尺寸均一,形貌規(guī)整。復(fù)合后的材料表面較為毛糙。電化學(xué)測試結(jié)果證明,MoS_2/Co_3O_4復(fù)合物展現(xiàn)出明顯優(yōu)于Co_3O_4納米片的電化學(xué)性能。恒定電流密度為200 mA g~(-1)時,MoS_2/Co_3O_4復(fù)合材料的初次放電比容量為1130.7 mAh g~(-1),循環(huán)55圈后,比容量達(dá)到了1013.3 mAh g~(-1)。電流密度為100、200、400、800 mA g~(-1)時,其比容量分別為1301.6、1099.7、960.5、763.5 mAh g~(-1).以上結(jié)果表明,柔韌性MoS_2作為基底,六角片狀Co_3O_4生長在上面形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以為Li~+提供更多的活性位點,有效的調(diào)整電極材料在充放電循環(huán)過程當(dāng)中發(fā)生的體積變化,保護(hù)了材料的原有結(jié)構(gòu),提高的材料的循環(huán)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912
【圖文】：

圖 1-1 典型鋰離子電池工作原理示意圖[9]以正極材料和負(fù)極材料分別為圖1-1所示的層狀鈷酸鋰和石墨的鋰離子二次電池為例，其正負(fù)極與電池總反應(yīng)的方程式如下：正極反應(yīng):6C + xLi++ xe- LixC6（1-1）負(fù)極反應(yīng):LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-（1-2）電池總反應(yīng)：6C+LiCoO2 Li1-xCoO2+LixC6（1-3）商業(yè)生產(chǎn)中，負(fù)極片制備使用了相同的方法即經(jīng)棍壓工藝后制成，銅箔上所涂布的物質(zhì)為嵌鋰化合物與導(dǎo)電劑、粘合劑的均勻混合物；使用隔膜將正負(fù)極隔

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文上而下的正極片--隔膜--負(fù)極片--隔膜的順序放好，卷繞之后得到電裝入電池殼，進(jìn)行熱封裝，再注入電解液，即可封口成型[14]。近池的種類隨著鋰離子電池系統(tǒng)的發(fā)展和不斷完善而逐漸增多。市場子電池主要有平板型、紐扣型、棱柱型以及圓柱型四大類[15]。

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4 櫖恅i

本文編號：2736065