本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池用錳基尖晶石型過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料的合成及其性能表征

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【摘要】：近年來(lái),隨著便攜式電子產(chǎn)品、混合動(dòng)力汽車(HEVs)、純電動(dòng)汽車(EVs)以及插電式混合動(dòng)力汽車(PHEVs)的不斷發(fā)展,人們對(duì)鋰離子電池能量密度和功率密度的需求都在不斷的提升,石墨負(fù)極材料作為主要的商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極材料由于其自身結(jié)構(gòu)的限制,容量和安全性都有很大的局限性,這就促使探索新一代的高容量長(zhǎng)壽命的鋰離子電池負(fù)極材料迫在眉睫。在眾多的候選材料中,過(guò)渡金屬氧化物由于其較大的理論比容量,已經(jīng)成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。但是過(guò)渡金屬氧化物也存在著一些問(wèn)題,或材料的導(dǎo)電性能較差,或材料在充放電的過(guò)程中與Li發(fā)生反應(yīng)生成的納米金屬粒子容易發(fā)生團(tuán)聚,或材料在充放電的過(guò)程中產(chǎn)生巨大的體積變化,離實(shí)際應(yīng)用還有一段的距離。本文通過(guò)合成Zn Mn2O4來(lái)探究粒子尺寸對(duì)材料電化學(xué)性能的影響,以及合成Cu1.5Mn1.5O4并且首次作為鋰離子電池負(fù)極材料來(lái)探究其充放電機(jī)理。本文的主要工作內(nèi)容如下:1.采用噴霧干燥法合成納米Zn Mn2O4,探究后續(xù)退火溫度對(duì)材料形貌和電化學(xué)性能的影響。XRD結(jié)果表明我們?cè)谕嘶饻囟葹?00°C和600°C時(shí)合成了純的尖晶石型的Zn Mn2O4,所有的衍射峰都和Zn Mn2O4的標(biāo)準(zhǔn)卡片一致,沒(méi)有其他的雜質(zhì)峰出現(xiàn)。SEM的結(jié)果表明,在退火溫度為600°C時(shí),我們成功合成粒子尺寸在100 nm左右的Zn Mn2O4樣品,并且證實(shí)了Zn Mn2O4材料這種粒子尺寸時(shí)具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。電化學(xué)測(cè)試證明了ZM600樣品具有最高的首次庫(kù)倫效率(70.6%)和最好的循環(huán)性能(在循環(huán)至120圈時(shí),放量容量仍然有859 m A h g-1)。ZM600樣品的倍率性能也很優(yōu)異。在1600 m A g-1的高電流密度下仍然具有382 m A h g-1的比容量。2.采用噴霧干燥法合成一種尖晶石結(jié)構(gòu)的Cu1.5Mn1.5O4,并且首次作為鋰離子電池負(fù)極材料來(lái)探究其充放電機(jī)理。電化學(xué)測(cè)試的結(jié)果表明在充放電電壓范圍0.01-3V,電流密度100 m A/g下,首圈的充放電容量分別為1031.7和664.1 m A h/g,庫(kù)倫效率為64.4%,電池在循環(huán)60圈后,容量仍能保持在464 m A h/g。同時(shí)借助于CV和XPS分析證明了Cu1.5Mn1.5O4在充放電過(guò)程中其反應(yīng)機(jī)制是氧化還原機(jī)制。并且我們研究了退火溫度對(duì)材料電化學(xué)性能的影響,在退火溫度為700°C時(shí)合成的材料具有最優(yōu)異的電化學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子二次電池 負(fù)極材料 過(guò)渡金屬氧化物 噴霧干燥法 電化學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O646;TM912
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 緒論11-35
• 1.1 引言11-13
• 1.2 鋰離子電池的簡(jiǎn)介13-15
• 1.2.1 發(fā)展概要13
• 1.2.2 鋰離子電池結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.3 鋰離子電池的工作原理14-15
• 1.3 鋰離子電池的電極材料15-23
• 1.3.1 鋰離子電池正極材料15-19
• 1.3.1.1 層狀結(jié)構(gòu)的Li Co O216-17
• 1.3.1.2 尖晶石型結(jié)構(gòu)的Li Mn2O417-18
• 1.3.1.3 橄欖石型結(jié)構(gòu)的Li Fe PO418-19
• 1.3.2 鋰離子電池負(fù)極材料19-23
• 1.3.2.1 碳負(fù)極材料19-21
• 1.3.2.1.1 石墨化材料19-20
• 1.3.2.1.2 非石墨化碳材料20-21
• 1.3.2.1.3 碳納米管材料21
• 1.3.2.2 鈦酸鋰負(fù)極材料21-22
• 1.3.2.3 硅基負(fù)極材料22-23
• 1.4 過(guò)渡金屬氧化物的研究進(jìn)展23-27
• 1.4.1 過(guò)渡金屬氧化物脫/嵌鋰機(jī)理23-24
• 1.4.2 嵌入/脫出機(jī)理的過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料24-25
• 1.4.3 合金-去合金化機(jī)理的過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料25
• 1.4.4 氧化還原機(jī)理的過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料25-26
• 1.4.4.1 二元過(guò)渡金屬氧化物25-26
• 1.4.4.2 三元過(guò)渡金屬氧化物26
• 1.4.5 合金-去合金化和氧化還原機(jī)理的過(guò)渡金屬氧化物負(fù)極材料26-27
• 1.5 本論文的研究目的及內(nèi)容27-30
• 參考文獻(xiàn)30-35
• 第二章 實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)技術(shù)35-39
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器35-37
• 2.2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)37-39
• 2.2.1 材料的結(jié)構(gòu)及形貌表征37-38
• 2.2.1.1X-射線衍射技術(shù)(XRD)37
• 2.2.1.2 掃描電子顯微鏡（SEM）37
• 2.2.1.3X-射線光電子能譜（XPS）37
• 2.2.1.4 熱失重分析（TGA）37-38
• 2.2.2 電化學(xué)表征技術(shù)38-39
• 2.2.2.1 循環(huán)伏安測(cè)試（CV）38
• 2.2.2.2 恒流充放電測(cè)試（DC）38-39
• 第三章 噴霧干燥法合成Zn Mn2O4負(fù)極材料及其性能研究39-53
• 3.1 引言39
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分39-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料的制備39-40
• 3.2.2 材料表征40
• 3.2.3 電化學(xué)性能測(cè)試40
• 3.3 結(jié)果與討論40-49
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)和形貌表征40-43
• 3.3.2 電化學(xué)性能43-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 參考文獻(xiàn)50-53
• 第四章 噴霧干燥法合成Cu1.5Mn1.5O4負(fù)極材料及其性能研究53-63
• 4.1 引言53
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分53-54
• 4.2.1 材料制備53-54
• 4.2.2 材料表征54
• 4.2.3 電化學(xué)性能測(cè)試54
• 4.3 結(jié)果與討論54-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 參考文獻(xiàn)62-63
• 第五章 結(jié)論63-64
• 科研成果64-65
• 致謝65-66

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本文編號(hào)：1032835