發(fā)布時(shí)間：2017-09-20 02:01

  本文關(guān)鍵詞：納微結(jié)構(gòu)過(guò)渡金屬基（Co、Fe、Mo）氧化物可控制備及儲(chǔ)鋰性能研究

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【摘要】：隨著新能源汽車(chē)、太陽(yáng)能、風(fēng)能及智能電網(wǎng)等能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的快速發(fā)展,動(dòng)力鋰離子電池受到了空前的關(guān)注,開(kāi)發(fā)新型高能負(fù)極材料成為鋰離子電池領(lǐng)域的重要研究方向之一。Co, Fe, Mo過(guò)渡金屬基氧化物具有較高的理論容量,是目前商業(yè)石墨電極的2-3倍。并且該類材料存在可變價(jià)態(tài)和多樣的物相結(jié)構(gòu),易于得到形貌獨(dú)特、成分各異的納微結(jié)構(gòu)；同時(shí),來(lái)源廣泛,成本較低,是一類非常有發(fā)展前途的新一代高比能鋰離子電池負(fù)極材料。但是存在導(dǎo)電性差、充放電過(guò)程中體積膨脹等問(wèn)題,導(dǎo)致循環(huán)性能不穩(wěn)定。為進(jìn)一步改善其電化學(xué)性能,本研究擬探索獨(dú)特的自組裝模板、NMOFs作為驅(qū)動(dòng)源及醇熱無(wú)模板誘導(dǎo)的綠色合成路徑,結(jié)合中空結(jié)構(gòu)納米化和混合基質(zhì)的改進(jìn)策略,可控制備微觀有序中空納米結(jié)構(gòu)多元Co, Fe, Mo金屬基氧化物高能儲(chǔ)鋰材料；探索材料的形成機(jī)制與納微結(jié)構(gòu)控制原理；系統(tǒng)研究材料的合成條件、組成、形貌及微觀結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的關(guān)系,為該類材料的研究開(kāi)發(fā)提供實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。 利用選擇性協(xié)調(diào)侵蝕模板法,制備出一種具有中空納米立方結(jié)構(gòu)的NiCo2O4雙金屬氧化物作為鋰離子負(fù)極材料。首先合成了中空十字型(NiCox)O(OH)納米立方,再通過(guò)后續(xù)煅燒得到了NiCo2O4納米立方,作為電極材料可逆容量最高達(dá)1160mA·hg-1(200mA g-1的恒定電流密度下),200次循環(huán)后容量保持率為91.1%。這種獨(dú)特的中空結(jié)構(gòu)可以縮短鋰離子傳輸路徑,有益于增加倍率性能,并提供充分的體積空間,有效緩沖機(jī)械應(yīng)力。另外,活性材料的多元特性使體積變化階梯式發(fā)生,不易導(dǎo)致電極粉化。使該中空十字型NiCo2O4表現(xiàn)出杰出的電化學(xué)性能。 通過(guò)一種便捷的合成策略,以金屬有機(jī)框架驅(qū)動(dòng)合成中空多孔CoFe204納米立方電極材料。其特殊的中空納米結(jié)構(gòu)可以縮短電子和離子的傳輸路徑,增大電極比表面積,從而在脫/嵌鋰循環(huán)過(guò)程中有效適應(yīng)產(chǎn)生的體積變化,同時(shí)多元混合基質(zhì)特點(diǎn)使電化學(xué)反應(yīng)中的體積膨脹分多步進(jìn)行。這樣使合成的CoFe2O4材料作為鋰離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的性能：在50mAg’電流密度下,可逆容量達(dá)到815mA·h g-1;當(dāng)電流密度恢復(fù)到1C時(shí),經(jīng)過(guò)200次電化學(xué)循環(huán),比容量仍達(dá)1043mA·h g-1。 采用醇熱技術(shù)可控制備了中空核殼結(jié)構(gòu)α-MoO3-SnO2二次鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料。電化學(xué)性能測(cè)試表明,200mA·hg-1恒定電流密度下200次循環(huán)后,可逆容量高達(dá)865mA·hg-1,容量保持率為93.1%。構(gòu)建的多元金屬氧化物既具有電化學(xué)活性成分,又含有骨架作用部分,有效地提高了鋰離子電池的循環(huán)性和倍率性能。尤其,獨(dú)特中空結(jié)構(gòu)縮短了電子和鋰離子傳輸路徑,有利于電極倍率性能提高并可有效緩沖充放電過(guò)程中活性成分的體積變化。因此,α-MoO3-SnO2復(fù)合電極表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。該合成策略簡(jiǎn)單易行,成本低廉,適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),也為合成其他功能性納米材料提供了一定的參考。
【關(guān)鍵詞】：Co Fe Mo金屬基氧化物 納微結(jié)構(gòu) 鋰離子電池 負(fù)極材料
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O611.4;TM912
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-33
• 1.1 鋰離子電池負(fù)極材料的研究意義11-12
• 1.2 商業(yè)鋰離子電池的組成12-13
• 1.3 鋰離子電池的未來(lái)發(fā)展方向13-14
• 1.4 新一代鋰離子電池正極材料14-15
• 1.5 新一代鋰離子電池負(fù)極材料15
• 1.6 納米結(jié)構(gòu)負(fù)極材料的研究背景15-18
• 1.6.1 納米棒、納米線和納米管結(jié)構(gòu)的鋰離子電池負(fù)極材料16-17
• 1.6.2 中空球形和核殼納米結(jié)構(gòu)的鋰離子電池負(fù)極材料17-18
• 1.7 納米結(jié)構(gòu)負(fù)極材料的類型18-28
• 1.7.1 碳納米負(fù)極材料18-20
• 1.7.1.1 一維碳納米結(jié)構(gòu)材料18-19
• 1.7.1.2 二維碳納米結(jié)構(gòu)材料19-20
• 1.7.1.3 三維多孔碳納米結(jié)構(gòu)材料20
• 1.7.2 納米結(jié)構(gòu)合金負(fù)極材料20-22
• 1.7.3 金屬氧化物負(fù)極材料22-28
• 1.7.3.1 Li合金化反應(yīng)機(jī)理22-23
• 1.7.3.2 插入反應(yīng)機(jī)理23-25
• 1.7.3.3 轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理25-28
• 1.8 本論文研究的目的與內(nèi)容28-33
• 第二章 試驗(yàn)部分33-36
• 2.1 主要原材料及儀器設(shè)備33-34
• 2.1.1 主要化學(xué)試劑及原材料33
• 2.1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備儀器33-34
• 2.2 電池負(fù)極的制備及電池的組裝34-35
• 2.3 電化學(xué)性能測(cè)試35-36
• 第三章 以Cu_2O為模板構(gòu)筑中空十字型NiCo_2O_4納米立方鋰離子電池負(fù)極材料36-57
• 3.1 引言36-38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)38-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原理38-39
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)方法39-40
• 3.2.2.1 實(shí)心十字型Cu_2O納米立方結(jié)構(gòu)模板的制備39
• 3.2.2.2 中空十字型CoNi_2O_4納米立方結(jié)構(gòu)材料的制備39-40
• 3.2.3 樣品的表征40
• 3.3 材料的形貌和成分分析40-44
• 3.3.1 Cu_2O模板的形貌及成分分析40-42
• 3.3.2 Ni-Co-O產(chǎn)物的形貌,結(jié)構(gòu)和成分分析42-44
• 3.4 材料的物相分析44-46
• 3.5 不同反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物形貌的影響46-50
• 3.5.1 溶劑比對(duì)產(chǎn)物形貌的影響46-47
• 3.5.2 煅燒的氣體環(huán)境對(duì)產(chǎn)物的影響47-48
• 3.5.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌的影響48-50
• 3.6 材料的儲(chǔ)鋰性能分析50-55
• 3.7 小結(jié)55-57
• 第四章 以MOFs為驅(qū)動(dòng)源構(gòu)筑中空CoFe_2O_4納米立方鋰離子電池負(fù)極材料57-78
• 4.1 引言57-59
• 4.2 實(shí)驗(yàn)59-61
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原理59-60
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟60-61
• 4.2.2.1 NMOFs：Co[Fe(CN)_6]_(0.667)納米立方的制備60
• 4.2.2.2 中空多孔CoFe_2O_4納米立方的制備60-61
• 4.2.3 樣品的表征61
• 4.3 材料的物相分析61-63
• 4.4 材料的形貌,結(jié)構(gòu)和成分分析63-65
• 4.5 不同反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物形貌的影響65-71
• 4.5.1 溶劑成分對(duì)產(chǎn)物形貌的影響66-67
• 4.5.2 反應(yīng)靜置時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的影響67-68
• 4.5.3 煅燒溫度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響68-71
• 4.6 材料的儲(chǔ)鋰性能分析71-76
• 4.7 小結(jié)76-78
• 第五章 醇熱法制備核殼結(jié)構(gòu)α-MoO_3-SnO_2復(fù)合氧化物鋰離子電池負(fù)極材料78-94
• 5.1 引言78-79
• 5.2 實(shí)驗(yàn)79-81
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)原理79-80
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法80-81
• 5.2.3 樣品的表征81
• 5.3 材料的物相分析81-82
• 5.4 材料的微觀形貌、成分和結(jié)構(gòu)分析82-84
• 5.5 分級(jí)核殼結(jié)構(gòu)的合成條件探索84-89
• 5.5.1 有機(jī)溶劑比對(duì)產(chǎn)物形貌的影響84-86
• 5.5.2 煅燒溫度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響86-87
• 5.5.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌的影響87-89
• 5.6 材料的儲(chǔ)鋰性能分析89-93
• 5.7 小結(jié)93-94
• 結(jié)論94-96
• 參考文獻(xiàn)96-113
• 發(fā)表論文113-114
• 致謝114

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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本文編號(hào)：885218