本文關(guān)鍵詞：納米片狀鎳鈷錳氧化物復(fù)合電極材料的制備及其儲(chǔ)能特性研究

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【摘要】：過(guò)渡金屬氧化物具有儲(chǔ)量豐富,環(huán)境友好等特點(diǎn),既可作為鋰離子電池電極材料,又可作為超級(jí)電容器電極材料,且具有很高的理論比容量,是一種很有應(yīng)用前景的電極材料,成為新型儲(chǔ)能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而,由于過(guò)渡金屬氧化物的導(dǎo)電性差,內(nèi)部離子傳導(dǎo)速率低等不足,其性能的發(fā)揮受到很大的限制。本文首先從改善MnO2的導(dǎo)電性入手,通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱方法,設(shè)計(jì)一種使MnO2納米片原位生長(zhǎng)在分散性的中間相炭微球表面,最終得到直徑1.5微米左右具有MnO2殼和炭微球核的花狀CMB@MnO2三維復(fù)合材料作為鋰離子電池負(fù)極材料。在電流密度1500 mA g-1條件下容量為230 mAh g-1,并且顯示出良好的倍率性能。在電流密度100 mA g-1條件下具有620 mAh g-1的高可逆比容量,前80個(gè)循環(huán)容量沒(méi)有衰減。其次,借助于不同金屬之間的協(xié)同效應(yīng)可以有效地提高電極材料的電化學(xué)性能,通過(guò)原位成核生長(zhǎng)技術(shù),使納米片狀鎳鈷錳復(fù)合氧化物生長(zhǎng)在MnO2納米棒的表面,制備出三種多孔復(fù)合金屬氧化物。形貌及晶型分析表明這三種復(fù)合過(guò)渡金屬氧化物是由以β-MnO2納米棒為核,鎳錳、鈷錳或鎳鈷錳氧化物(NMO,CMO,NCMO)三種復(fù)合氧化物為殼而組成的復(fù)合物。作為超級(jí)電容器的電極材料進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)β-MnO2@CMO具有好的倍率性能;而β-MnO2@NMO具有高的贗電容,在電流密度1 A g-1具有560 F g-1的比電容;β-MnO2@NCMO結(jié)合了兩者特點(diǎn),相同測(cè)試條件下表現(xiàn)出675 F g-1的高贗電容。此外,提高電極材料比表面積可以為活性材料與溶液離子間提供更多的接觸位點(diǎn),增多電化學(xué)反應(yīng)活性位置,是制備高性能超級(jí)電容器電極材料的有效途徑。因此,先在水熱條件下,利用簡(jiǎn)單的氧化還原反應(yīng),將NCMO原位生長(zhǎng)在碳納米管(CNT)上,經(jīng)過(guò)在空氣中高溫煅燒后去除CNT模板,制備出由NCMO納米片組成的管狀復(fù)合物。測(cè)試表明管狀多孔復(fù)合材料具有高的比表面積(134.1m2 g-1)和寬的孔徑分布。將其作為電容器材料,在1 A g-1的電流密度下,表現(xiàn)出高的比電容680 F g-1。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池負(fù)極材料 超級(jí)電容器材料 過(guò)渡金屬氧化物 復(fù)合材料 多層次結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33;TM53
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 過(guò)渡金屬氧化物的研究簡(jiǎn)述10-11
• 1.3 過(guò)渡金屬氧化物在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用11-15
• 1.3.1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及工作原理11-12
• 1.3.2 鋰離子電池過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料的研究進(jìn)展12-15
• 1.4 過(guò)渡金屬氧化物在超級(jí)電容器電極材料中的應(yīng)用15-19
• 1.4.1 超級(jí)電容器的特點(diǎn)及分類15-16
• 1.4.2 超級(jí)電容器過(guò)渡金屬氧化物電極材料的研究進(jìn)展16-19
• 1.5 本文的研究意義以及主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 1.5.1 研究意義19
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容19-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)儀器藥品以及測(cè)試方法21-26
• 2.1 主要試劑和儀器21-22
• 2.1.1 主要化學(xué)試劑及原材料21
• 2.1.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備21-22
• 2.2 材料的物理化學(xué)性質(zhì)表征22-24
• 2.2.1 熱重和差熱分析22
• 2.2.2 原子吸收光譜分析22
• 2.2.3 X-射線衍射22-23
• 2.2.4 掃描電鏡23
• 2.2.5 透射電子顯微鏡和能譜分析23
• 2.2.6 比表面積測(cè)試23-24
• 2.3 材料的電化學(xué)性能測(cè)試24-26
• 2.3.1 電極極片的準(zhǔn)備24
• 2.3.2 鋰離子電池的組裝24
• 2.3.3 鋰離子電池的充放電測(cè)試24-25
• 2.3.4 超級(jí)電容器電極極片測(cè)試方法25
• 2.3.5 電化學(xué)阻抗測(cè)試25
• 2.3.6 循環(huán)伏安測(cè)試25-26
• 第3章 炭微球@MnO_2復(fù)合材料的制備及其儲(chǔ)鋰性能研究26-33
• 3.1 引言26
• 3.2 CMB復(fù)合物的制備26-27
• 3.3 材料的物理表征與分析27-30
• 3.3.1 形貌表征27-28
• 3.3.2 晶型及組成分析28-29
• 3.3.3 CMB@MnO_2的合成機(jī)理簡(jiǎn)述29-30
• 3.4 電化學(xué)測(cè)試與分析30-32
• 3.4.1 充放電測(cè)試30-31
• 3.4.2 電化學(xué)阻抗測(cè)試31-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 第4章 β-MnO_2納米棒@納米片(鎳，鈷，，錳)氧化物層次結(jié)構(gòu)的制備及超級(jí)電容性能的研究33-44
• 4.1 引言33-34
• 4.2 復(fù)合材料的制備34-35
• 4.3 材料的物理表征與分析35-39
• 4.3.1 材料的形貌表征35-37
• 4.3.2 比表面和孔結(jié)構(gòu)分析37-38
• 4.3.3 晶型及組成分析38-39
• 4.4 電化學(xué)測(cè)試與分析39-43
• 4.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試39-40
• 4.4.2 恒流充放電測(cè)試40-42
• 4.4.3 交流阻抗分析42-43
• 4.5 本章小結(jié)43-44
• 第5章 多孔結(jié)構(gòu)的管狀鎳鈷錳氧化物納米片復(fù)合物的制備及其超級(jí)電容性能的研究44-54
• 5.1 引言44-45
• 5.2 NCMONST復(fù)合物的制備45-46
• 5.3 材料的物理表征與分析46-48
• 5.3.1 材料的形貌及晶型表征46-47
• 5.3.2 比表面和孔結(jié)構(gòu)分析47-48
• 5.4 電化學(xué)測(cè)試與分析48-52
• 5.4.1 循環(huán)伏安測(cè)試49
• 5.4.2 恒流充放電測(cè)試49-51
• 5.4.3 交流阻抗分析51-52
• 5.5 本章小結(jié)52-54
• 第6章 結(jié)論與展望54-56
• 6.1 結(jié)論54-55
• 6.2 展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-64
• 致謝64-65
• 攻讀碩士期間公開(kāi)發(fā)表的論文65-66
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷66

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