本文關鍵詞：納微結構過渡金屬基（Co、Fe、Mo）氧化物可控制備及儲鋰性能研究

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【摘要】：隨著新能源汽車、太陽能、風能及智能電網(wǎng)等能量儲存與轉(zhuǎn)換領域的快速發(fā)展,動力鋰離子電池受到了空前的關注,開發(fā)新型高能負極材料成為鋰離子電池領域的重要研究方向之一。Co, Fe, Mo過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態(tài)和多樣的物相結構,易于得到形貌獨特、成分各異的納微結構；同時,來源廣泛,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極材料。但是存在導電性差、充放電過程中體積膨脹等問題,導致循環(huán)性能不穩(wěn)定。為進一步改善其電化學性能,本研究擬探索獨特的自組裝模板、NMOFs作為驅(qū)動源及醇熱無模板誘導的綠色合成路徑,結合中空結構納米化和混合基質(zhì)的改進策略,可控制備微觀有序中空納米結構多元Co, Fe, Mo金屬基氧化物高能儲鋰材料；探索材料的形成機制與納微結構控制原理；系統(tǒng)研究材料的合成條件、組成、形貌及微觀結構與電化學性能的關系,為該類材料的研究開發(fā)提供實驗和理論基礎。 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構的NiCo2O4雙金屬氧化物作為鋰離子負極材料。首先合成了中空十字型(NiCox)O(OH)納米立方,再通過后續(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%。這種獨特的中空結構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,有效緩沖機械應力。另外,活性材料的多元特性使體積變化階梯式發(fā)生,不易導致電極粉化。使該中空十字型NiCo2O4表現(xiàn)出杰出的電化學性能。 通過一種便捷的合成策略,以金屬有機框架驅(qū)動合成中空多孔CoFe204納米立方電極材料。其特殊的中空納米結構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)過程中有效適應產(chǎn)生的體積變化,同時多元混合基質(zhì)特點使電化學反應中的體積膨脹分多步進行。這樣使合成的CoFe2O4材料作為鋰離子電池負極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的性能：在50mAg’電流密度下,可逆容量達到815mA·h g-1;當電流密度恢復到1C時,經(jīng)過200次電化學循環(huán),比容量仍達1043mA·h g-1。 采用醇熱技術可控制備了中空核殼結構α-MoO3-SnO2二次鋰離子電池復合負極材料。電化學性能測試表明,200mA·hg-1恒定電流密度下200次循環(huán)后,可逆容量高達865mA·hg-1,容量保持率為93.1%。構建的多元金屬氧化物既具有電化學活性成分,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,獨特中空結構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程中活性成分的體積變化。因此,α-MoO3-SnO2復合電極表現(xiàn)出良好的電化學性能。該合成策略簡單易行,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。
【關鍵詞】：Co Fe Mo金屬基氧化物 納微結構 鋰離子電池 負極材料
【學位授予單位】：云南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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極材料15
• 1.6 納米結構負極材料的研究背景15-18
• 1.6.1 納米棒、納米線和納米管結構的鋰離子電池負極材料16-17
• 1.6.2 中空球形和核殼納米結構的鋰離子電池負極材料17-18
• 1.7 納米結構負極材料的類型18-28
• 1.7.1 碳納米負極材料18-20
• 1.7.1.1 一維碳納米結構材料18-19
• 1.7.1.2 二維碳納米結構材料19-20
• 1.7.1.3 三維多孔碳納米結構材料20
• 1.7.2 納米結構合金負極材料20-22
• 1.7.3 金屬氧化物負極材料22-28
• 1.7.3.1 Li合金化反應機理22-23
• 1.7.3.2 插入反應機理23-25
• 1.7.3.3 轉(zhuǎn)化反應機理25-28
• 1.8 本論文研究的目的與內(nèi)容28-33
• 第二章 試驗部分33-36
• 2.1 主要原材料及儀器設備33-34
• 2.1.1 主要化學試劑及原材料33
• 2.1.2 主要試驗設備儀器33-34
• 2.2 電池負極的制備及電池的組裝34-35
• 2.3 電化學性能測試35-36
• 第三章 以Cu_2O為模板構筑中空十字型NiCo_2O_4納米立方鋰離子電池負極材料36-57
• 3.1 引言36-38
• 3.2 實驗38-40
• 3.2.1 實驗原理38-39
• 3.2.2 實驗方法39-40
• 3.2.2.1 實心十字型Cu_2O納米立方結構模板的制備39
• 3.2.2.2 中空十字型CoNi_2O_4納米立方結構材料的制備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,結構和成分分析42-44
• 3.4 材料的物相分析44-46
• 3.5 不同反應條件對產(chǎn)物形貌的影響46-50
• 3.5.1 溶劑比對產(chǎn)物形貌的影響46-47
• 3.5.2 煅燒的氣體環(huán)境對產(chǎn)物的影響47-48
• 3.5.3 反應時間對產(chǎn)物形貌的影響48-50
• 3.6 材料的儲鋰性能分析50-55
• 3.7 小結55-57
• 第四章 以MOFs為驅(qū)動源構筑中空CoFe_2O_4納米立方鋰離子電池負極材料57-78
• 4.1 引言57-59
• 4.2 實驗59-61
• 4.2.1 實驗原理59-60
• 4.2.2 實驗步驟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,結構和成分分析63-65
• 4.5 不同反應條件對產(chǎn)物形貌的影響65-71
• 4.5.1 溶劑成分對產(chǎn)物形貌的影響66-67
• 4.5.2 反應靜置時間對產(chǎn)物的影響67-68
• 4.5.3 煅燒溫度對產(chǎn)物形貌的影響68-71
• 4.6 材料的儲鋰性能分析71-76
• 4.7 小結76-78
• 第五章 醇熱法制備核殼結構α-MoO_3-SnO_2復合氧化物鋰離子電池負極材料78-94
• 5.1 引言78-79
• 5.2 實驗79-81
• 5.2.1 實驗原理79-80
• 5.2.2 實驗方法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、成分和結構分析82-84
• 5.5 分級核殼結構的合成條件探索84-89
• 5.5.1 有機溶劑比對產(chǎn)物形貌的影響84-86
• 5.5.2 煅燒溫度對產(chǎn)物形貌的影響86-87
• 5.5.3 反應時間對產(chǎn)物形貌的影響87-89
• 5.6 材料的儲鋰性能分析89-93
• 5.7 小結93-94
• 結論94-96
• 參考文獻96-113
• 發(fā)表論文113-114
• 致謝114

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：885219