本文關(guān)鍵詞：錫基鋰離子電池負極材料的制備與電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰離子電池因其具有體積小、重量輕、完全無記憶效應(yīng)、高能量密度、自放電流小、寬工作溫度范圍、高安全性、可大電流充放電、循環(huán)次數(shù)多、較長使用壽命等優(yōu)點,廣泛地被應(yīng)用于智能手機、數(shù)碼相機、便攜式筆記本電腦、純電動汽車、軍事裝備及航空航天等眾多領(lǐng)域。本論文合成了錫基納米材料,并將其作為鋰離子電池的負極材料,測試其電化學(xué)性能,所制備的錫基納米材料包括納米二氧化錫、碳包覆二氧化錫和氧化鎳/二氧化錫三類負極材料。以簡單水熱法分別合成納米SnO2、SnO2/C復(fù)合材料和NiO-SnO2復(fù)合金屬氧化物等一系列錫基納米材料,比較其作為負極材料表現(xiàn)出的電化學(xué)性能差異。碳復(fù)合的錫基材料融合了納米材料和碳復(fù)合的優(yōu)勢,不同金屬氧化物復(fù)合材料應(yīng)用了金屬氧化物間的協(xié)同效應(yīng),都有望滿足鋰離子電池日益發(fā)展的需要。本論文主要研究如下:一、以水熱法合成純SnO2納米材料,對材料的結(jié)構(gòu)、物相、形貌等性能進行了SEM(掃描電子顯微鏡)、XRD(X-射線衍射)測試,并對其作為負極進行了恒流充放電、循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等電化學(xué)性能測試。XRD測試證明,本實驗中所制備的SnO2為四方形金紅石結(jié)構(gòu);SEM圖表明,得到的SnO2材料是納米尺寸。循環(huán)伏安揭示了SnO2材料脫嵌鋰的過程,從而確定了反應(yīng)過程機理。二、基于SnO2作為鋰離子電池負極材料存在導(dǎo)電性較差和嚴重的體積效應(yīng)的缺點,本論文采用一步水熱法制備了不同比例的SnO2/C復(fù)合材料,分析碳材料的引入在提升比容量和循環(huán)性能方面所起的作用。對材料的結(jié)構(gòu)、物相、形貌等進行了SEM、XRD、TG(熱重)測試,并對其作為負極進行了恒流充放電、交流阻抗等電化學(xué)性能測試。XRD測試表明,材料中碳為無定形碳,SnO2為納米晶體;通過TGA測試確定了材料中碳的含量;SEM圖顯示,所制得的材料直徑在50到60nm之間。電化學(xué)測試結(jié)果表明,SnO2/C復(fù)合材料電極首次放電比容量為1197.5 mAh·g-1,首次庫倫效率55.11%,在50次循環(huán)之后的容量保持在190 mAh·g-1,而SnO2材料電極的首次放電比容量為940.6mAh·g-1。碳的加入提高了納米SnO2的導(dǎo)電性,在循環(huán)過程中抑制了粒子團聚,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強。三、以水熱法制備了NiO-SnO2納米復(fù)合材料。對材料的結(jié)構(gòu)、物相、形貌等進行了SEM、TEM(透射電鏡)、XRD、TG測試,并對其作為負極進行了恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等電化學(xué)性能測試。SEM表征顯示,該復(fù)合材料為納米材料,球形顆粒,顆粒尺寸在30~40nm。XRD結(jié)果表明,衍射峰分別與NiO和SnO2相對應(yīng)。電化學(xué)測試結(jié)果表明,其作為鋰離子電池負極材料具有較高的可逆比容量和較好的循環(huán)性能。NiO與SnO2之間的協(xié)同效應(yīng),增加了材料的穩(wěn)定性,增強導(dǎo)電性,有利于鋰離子的擴散。材料在充放電過程中會反應(yīng)生成納米尺寸的Ni單質(zhì),使得活性物質(zhì)的表面原子增多,電化學(xué)反應(yīng)活性增強,并且Ni單質(zhì)本身具有較高的活性,可以與Li2O反應(yīng),并使SnO2首周放電過程生成的Li2O可逆地轉(zhuǎn)化為Li+,負極的容量也隨之提高,從而不可逆容量降低,提高了首次庫倫效率。EIS測試進一步證明,NiO與SnO2之間的相互作用使得材料的導(dǎo)電性大大增強,其充放電過程中的動力學(xué)特征也明顯改善。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負極材料 錫基材料 金屬氧化物 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-25
• 引言10
• 1.1 鋰離子電池的發(fā)展歷程及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2 鋰離子電池的內(nèi)部組成及其工作原理11-16
• 1.2.1 正極材料12-14
• 1.2.2 隔膜14-15
• 1.2.3 電解液15
• 1.2.4 負極材料15-16
• 1.3 鋰離子電池的特點及應(yīng)用領(lǐng)域16-18
• 1.4 鋰離子電池負極材料的研究進展18-23
• 1.4.1 碳類負極材料18-21
• 1.4.2 硅基負極材料21
• 1.4.3 錫基氧化物負極材料21-22
• 1.4.4 尖晶石型鈦酸鋰負極材料22-23
• 1.4.5 其它類負極材料23
• 1.5 本文的研究內(nèi)容和研究目的23-25
• 第二章 實驗部分25-30
• 2.1 實驗試劑25-26
• 2.2 實驗儀器26
• 2.3 實驗方法26-30
• 2.3.1 電極活性物質(zhì)的制備方法26-27
• 2.3.2 材料的表征方法27
• 2.3.3 扣式電池裝配過程27-29
• 2.3.4 電化學(xué)性能測試方法29-30
• 第三章 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料的制備、表征及其電化學(xué)性能研究30-39
• 引言30
• 3.1 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料的制備30-31
• 3.2 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料的SEM表征31-32
• 3.3 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料的XRD表征32-33
• 3.4 SnO_2/C復(fù)合材料的熱重分析33-34
• 3.5 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料電極的電化學(xué)性能測試34-38
• 3.5.1 循環(huán)伏安測試34-35
• 3.5.2 恒流充放電測試35-36
• 3.5.3 循環(huán)性能測試36-37
• 3.5.4 交流阻抗測試37-38
• 3.6 小結(jié)38-39
• 第四章 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物及其電極的制備、表征和電化學(xué)性能研究39-50
• 引言39
• 4.1 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的制備39-40
• 4.2 NiO-SnO_2材料前驅(qū)體的熱重分析40-41
• 4.3 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的SEM表征41-42
• 4.4 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的TEM表征42
• 4.5 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的XRD表征42-43
• 4.6 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的電化學(xué)性能測試43-49
• 4.6.1 循環(huán)伏安測試43-44
• 4.6.2 恒流充放電測試44-46
• 4.6.3 循環(huán)性能測試46-47
• 4.6.4 交流阻抗測試47-49
• 4.7 小結(jié)49-50
• 第五章 結(jié)論50-51
• 參考文獻51-57
• 碩士期間發(fā)表論文情況57-58
• 致謝58

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本文編號：766123