本文關(guān)鍵詞：水滑石前體法過渡金屬化合物鋰離子電池負(fù)極材料的制備與電化學(xué)性能的研究

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【摘要】：能源與環(huán)境的問題是全球所共同關(guān)注的兩大問題。高效、清潔的鋰離子電池已成功在移動(dòng)式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車等諸多應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。近年來不斷拓寬的鋰離子電池應(yīng)用范圍,迫切需求研發(fā)高容量、高倍率、長循環(huán)的鋰離子電池材料。過渡金屬化合物鋰離子電池用負(fù)極材料,雖然具有比商用碳負(fù)極材料更高的理論容量,但因普遍存在充/放電程中形變較大和導(dǎo)電性差的共性問題而制約著鋰離子電池性能的提升。近年來,水滑石在電化學(xué)方面引起眾多研究者的關(guān)注。本文利用高溫?zé)崃呀馐侄翁幚硭惢衔锴绑w,成功制備出兩種過渡金屬化合物復(fù)合材料(MgFe2O4/ZnFe2O4, Co9S8/A12O3/C),顯著提高了在鋰離子電池中用作負(fù)極材料的電化學(xué)性能。論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)采用成核晶化隔離法宏量制備出MgZnFe-LDH前體,通過焙燒、酸蝕處理后得到MgFe2O4/ZnFe2O4納米復(fù)合材料。XRD、SEM、 HRTEM研究結(jié)果表明MgFe2O4/ZnFe2O4的納米顆粒分布均一且分散均勻。MgFe2O4/ZnFe2O4納米復(fù)合材料相對(duì)于物理混合的mMgFe2O4/ZnFe2O4作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較好的循環(huán)及倍率性能。并探討了電化學(xué)性能提高的原因在于：(i)制備過程中產(chǎn)生的介孔結(jié)構(gòu),有利于在充放電的過程中電解質(zhì)溶液與電極材料的接觸；(ⅱ)雙活性物質(zhì)互相限域,一定程度上緩沖了充放電過程中體積的變化,提高了復(fù)合物的電化學(xué)性能。(2)利用水滑石的層板與層間陰離子種類的可調(diào)性,將表面活性劑型陰離子(SDS)插層到水滑石Co2+Co3+Al-LDH層間,得到Co2+Co3+Al-DS-LDH前體,在惰性氣氛下焙燒后得到Co9S8/Al2O3/C納米復(fù)合材料。電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明Co9S8/Al2O3/C復(fù)合物在電流密度100 mA g-1時(shí)循環(huán)200圈后比容量能保持在970.3 mA h g-1,是第一圈充電比容量的88%。在整個(gè)可逆循環(huán)過程中庫倫效率基本保持在97%以上。Co9S8/Al2O3/C復(fù)合物提高的電化學(xué)性能歸因于：(ⅰ)復(fù)合物中的碳能夠增加導(dǎo)電性,防止多硫化物產(chǎn)生的中間體的溶解及與有機(jī)電解質(zhì)的反應(yīng)；(ⅱ)非活性基質(zhì)Al2O3能夠緩沖體積的變化。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 水滑石 過渡金屬化合物 納米復(fù)合材料 電化學(xué)性
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-27
• 1.1 研究背景13
• 1.2 鋰離子電池的概述13-22
• 1.2.1 鋰離子電池的工作原理13-15
• 1.2.2 金屬氧化物的儲(chǔ)鋰機(jī)理15-16
• 1.2.3 過渡金屬氧(硫)化物的儲(chǔ)鋰機(jī)理16
• 1.2.4 鋰離子電池的負(fù)極材料16-22
• 1.3 陰離子層狀材料-水滑石的概述22-25
• 1.3.1 水滑石的結(jié)構(gòu)與組成23
• 1.3.2 水滑石的性質(zhì)23-24
• 1.3.3 水滑石的應(yīng)用24-25
• 1.3.4 水滑石基鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展25
• 1.4 本課題研究內(nèi)容、目的和意義25-27
• 1.4.1 選題的目的及意義25-26
• 1.4.2 研究內(nèi)容26-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分27-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器27-28
• 2.3 樣品的表征方法28-29
• 2.3.1 X射線粉末衍射分析----XRD28
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡分析----SEM28
• 2.3.3 透射電子顯微鏡分析----TEM28-29
• 2.3.4 等離子發(fā)射光譜儀---ICP-ES29
• 2.3.5 X射線光電子能譜分析----XPS29
• 2.3.6 程序升溫物理吸附儀分析---BET29
• 2.4 電極制備和電池裝配29-31
• 2.4.1 電極的制備29
• 2.4.2 電池的裝配29
• 2.4.3 電池性能的測(cè)試29-31
• 第三章 MgFe_2O_4/ZnFe_2O_4納米材料的制備及其鋰離子電池性能的研究31-47
• 3.1 引言31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容32
• 3.2.1 MgZnFe-LDH前體的制備32
• 3.2.2 MgFe_2O_4/ZnFe_2O_4納米材料的制備32
• 3.3 結(jié)果與討論32-44
• 3.3.1 MgZnFe-LDH前體的結(jié)構(gòu)與形貌表征32-34
• 3.3.2 MgFe_2O_4/ZnFe_2O_4納米復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與形貌的表征34-39
• 3.3.3 MgFe_2O_4/ZnFe_2O_4納米復(fù)合物的鋰離子電池性能39-44
• 3.4 本章小節(jié)44-47
• 第四章 過渡金屬硫化物的制備及其鋰離子電池性能的研究47-63
• 4.1 引言47-48
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分48
• 4.2.1 Co~(2+)Co~(3+)Al-DS-LDH水滑石前體的制備48
• 4.2.2 Co_9S_8/Al_2O_3/C納米復(fù)合物的制備48
• 4.3 結(jié)果與討論48-55
• 4.3.1 Co_9S_8/Al_2O_3/C納米復(fù)合物制備實(shí)驗(yàn)流程48-49
• 4.3.2 Co~(2+)Co~(3+)Al-DS-LDH前體的形貌與結(jié)構(gòu)分析49-51
• 4.3.3 Co_9S_8/Al_2O_3/C納米復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與相貌表征51-55
• 4.4 Co_9S_8/Al_2O_3/C納米復(fù)合物電化學(xué)性能55-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 第五章 結(jié)論63-65
• 創(chuàng)新點(diǎn)65-67
• 參考文獻(xiàn)67-77
• 致謝77-79
• 研究成果及發(fā)表論文79-81
• 作者和導(dǎo)師簡介81-82
• 附件82-83

【參考文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 毛紓冰;表面原位合成法制備高分散鎳催化劑及其催化加氫脫氯性能研究[D];北京化工大學(xué);2005年

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本文編號(hào)：827386