本文關(guān)鍵詞：多孔和具有納米間隙四氧化三鈷的制備及其在鋰離子電池中的應(yīng)用

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【摘要】：最近幾年,鋰離子二次電池已經(jīng)成為最受人們重視和發(fā)展最快的高能量電池,它具有循環(huán)壽命長、比能量高、安全無污染、工作電壓高等優(yōu)點(diǎn)。而現(xiàn)如今,石墨碳負(fù)極材料已經(jīng)商業(yè)化,但其比容量(300-350 mA h g-1)較低,不能滿足快速充電的要求。而過渡金屬鈷氧化物(CoO、Co3O4)理論比容量達(dá)到700-1000 mA h g-1,但是存在較為嚴(yán)重的體積效應(yīng)。因此人們對(duì)其進(jìn)行廣泛的研究。目前的文獻(xiàn)研究中主要通過兩種方法解決這個(gè)問題：一、通過將材料制成多孔狀或者存在較大的納米間隙,緩沖體積效應(yīng),使得電解液和電極材料充分接觸,增強(qiáng)導(dǎo)電性；二、通過和碳基材料的復(fù)合化,促進(jìn)電子的快速傳輸和緩沖活性材料在充放電過程中的體積效應(yīng)。本課題研究方向主要在于研究合成多孔、納米間隙的四氧化三鈷材料以此提高鋰離子電池性能。(1)首次采用反蛋白石SiO_2,使用垂直沉積法和旋涂法制備出了反蛋日石結(jié)構(gòu)Co3O4,并且通過改變旋涂次數(shù)來調(diào)節(jié)鈷的含量。作為鋰離子電池的負(fù)極材料使用時(shí),這些反蛋白石結(jié)構(gòu)Co3O4材料具有高比容量和循環(huán)性能,旋涂兩次后維持在-900 mA h g-1,旋涂一次后維持在-700 mA h g-1。(2)在上章的基礎(chǔ)上,繼續(xù)采用反蛋白石SiO_2作為模板,首次采用垂直沉積法和水熱法結(jié)合的方法,研究了有無SiO：反蛋白石結(jié)構(gòu)模板對(duì)比測試的電化學(xué)性能。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),稻草狀Co3O4的循環(huán)性能穩(wěn)定,其在0.5 C的倍率下首次放電比容量為1120 mAhg-1,經(jīng)過100次循環(huán)后,比容量維持在963 mA h g-1。而無SiO_2反蛋白石結(jié)構(gòu)模板制備出的海膽狀Co3O4,其在0.5 C的倍率下首次放電比容量達(dá)到-1630 mA h g-1,經(jīng)過100次循環(huán)后,比容量衰減到-200 mA h g-1(3)延續(xù)前兩章的中心思想,采用介孔SiO_2作為模板,將介孔SiO_2模板復(fù)制到鈷鹽前驅(qū)體上,高溫煅燒,制備出介孔Co3O4,再通過常規(guī)機(jī)械攪拌法,將不同比例的石墨烯負(fù)載在介孔Co3O4上。此章研究了不同比例的石墨烯負(fù)載在介孔Co3O4復(fù)合材料的電化學(xué)性能,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)石墨烯負(fù)載在介孔Co3O4復(fù)合材料的比例為1：5時(shí)綜合性能最好,在電流密度0.2 C時(shí),經(jīng)過50圈,還保持在700 mA hg-1。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池負(fù)極材料 反蛋白石結(jié)構(gòu)Co_3O_4 石墨烯 稻草狀結(jié)構(gòu)Co_3O_4
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912;TQ138.12
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-9
• 第一章 緒論9-35
• 1.1 鋰離子電池的研究意義9
• 1.2 概述9-12
• 1.2.1 鋰離子電池的發(fā)展歷史9-11
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理11-12
• 1.2.3 鋰離子電池的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)12
• 1.3 鋰離子電池的分類12-13
• 1.4 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)構(gòu)成13-18
• 1.4.1 鋰離子電池正極材料13
• 1.4.2 電解液13
• 1.4.3 隔膜13-14
• 1.4.4 負(fù)極材料14-18
• 1.4.4.1 碳負(fù)極材料14-15
• 1.4.4.2 錫基負(fù)極材料15
• 1.4.4.3 硅基負(fù)極材料15-16
• 1.4.4.4 其他負(fù)極材料16
• 1.4.4.5 過渡金屬氧化物負(fù)極材料16-18
• 1.5 Co_3O_4負(fù)極材料的研究18-24
• 1.5.1 Co_3O_4負(fù)極材料結(jié)構(gòu)18-19
• 1.5.2 充放電機(jī)理19
• 1.5.3 合成方法和研究現(xiàn)狀19-22
• 1.5.4 存在問題、改性方法22-24
• 1.5.4.1 納米化改性22-23
• 1.5.4.2 復(fù)合化改性23-24
• 1.6 本論文選題依據(jù)和研究內(nèi)容24-26
• 1.6.1 選題依據(jù)24-25
• 1.6.2 研究內(nèi)容25-26
• 參考文獻(xiàn)26-35
• 第二章 有序大孔材料-四氧化三鈷反蛋白石結(jié)構(gòu)的制備及其電池性能的研究35-48
• 2.1 前言35
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分35-38
• 2.2.1 試劑及儀器35-37
• 2.2.2 反蛋白石結(jié)構(gòu)Co_3O_4的制備37
• 2.2.3 產(chǎn)品的表征37
• 2.2.4 電化學(xué)性能測試37-38
• 2.3 結(jié)果與討論38-42
• 2.3.1 SiO_2@PS蛋白石結(jié)構(gòu)模板的電鏡表征38
• 2.3.2 SiO_2反蛋白石結(jié)構(gòu)模板的電鏡表征38-39
• 2.3.3 Co_3O_4反蛋白石結(jié)構(gòu)的電鏡表征39
• 2.3.4 不同旋涂次數(shù)Co_3O_4反蛋白石結(jié)構(gòu)的SEM對(duì)比表征39-40
• 2.3.5 Co_3O_4反蛋白石結(jié)構(gòu)的XRD表征40-41
• 2.3.6 Co_3O_4反蛋白石結(jié)構(gòu)的Element mapping表征41-42
• 2.3.7 Co_3O_4反蛋白石結(jié)構(gòu)的EDX表征42
• 2.4 電化學(xué)性能測試42-45
• 2.4.1 旋涂一次的Co_3O_4反蛋白石結(jié)構(gòu)的CV循環(huán)圖42-43
• 2.4.2 Co_3O_4反蛋白石結(jié)構(gòu)在不同旋涂次數(shù)下煅燒后的循環(huán)性能43-44
• 2.4.3 旋涂兩次的Co_3O_4反蛋白石結(jié)構(gòu)在不同電流密度下的的倍率性能圖44-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 參考文獻(xiàn)46-48
• 第三章 有序大孔材料-稻草狀四氧化三鈷結(jié)構(gòu)的制備及其電池性能的研究48-60
• 3.1 前言48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分48-51
• 3.2.1 試劑及儀器48-50
• 3.2.2 稻草狀結(jié)構(gòu)Co_3O_4的制備50-51
• 3.2.3 產(chǎn)品的表征51
• 3.2.4 電化學(xué)性能測試51
• 3.3 結(jié)果與討論51-55
• 3.3.1 稻草狀結(jié)構(gòu)Co_3O_4材料的表征51-53
• 3.3.2 稻草狀結(jié)構(gòu)Co_3O_4材料的生長機(jī)理的研究53-55
• 3.4 電化學(xué)性能測試55-57
• 3.4.1 稻草狀Co_3O_4結(jié)構(gòu)的CV循環(huán)圖55-56
• 3.4.2 稻草狀Co_3O_4結(jié)構(gòu)和海膽狀Co_3O_4結(jié)構(gòu)在0.5 C電流密度下的充放電性能圖56
• 3.4.3 稻草狀Co_3O_4結(jié)構(gòu)在不同電流密度下的的倍率性能圖56-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 參考文獻(xiàn)58-60
• 第四章 有序介孔材料-四氧化三鈷材料和與石墨烯復(fù)合改性材料的制備及其電池性能的研究60-71
• 4.1 前言60
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分60-63
• 4.2.1 試劑及儀器60-62
• 4.2.2 介孔Co_3O_4及其復(fù)合材料的制備62
• 4.2.3 產(chǎn)品的表征62
• 4.2.4 電化學(xué)性能測試62-63
• 4.3 結(jié)果與討論63-66
• 4.3.1 介孔Co_3O_4和介孔Co_3O_4/石墨烯復(fù)合材料電鏡表征63-64
• 4.3.2 介孔Co_3O_4和不同比例的介孔Co_3O_4/石墨烯復(fù)合材料熱重表征64-65
• 4.3.3 介孔Co_3O_4和不同比例的介孔Co_3O_4/石墨烯復(fù)合材料拉曼表征65-66
• 4.4 電化學(xué)性能測試66-68
• 4.4.1 介孔Co_3O_4結(jié)構(gòu)的CV循環(huán)圖66-67
• 4.4.2 介孔Co_3O_4/石墨烯復(fù)合材料在不同比例下,0.2 C電流密度下的循環(huán)性能圖67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 第五章 結(jié)論71-72
• 碩士期間發(fā)表論文和專利72-73
• 致謝73-74

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