本文關(guān)鍵詞：含結(jié)晶水的二價(jià)銅、鎳含氧酸鹽的可控制備及其電化學(xué)性能研究　出處：《山東大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：作為一種重要的新型能源儲(chǔ)能設(shè)備,鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)、電腦以及電動(dòng)汽車等各個(gè)領(lǐng)域。為了提高鋰離子電池容量以滿足高能量設(shè)備的要求,科研工作者對(duì)各類電極材料展開(kāi)了探索,其中含氧酸鹽具有比傳統(tǒng)商用負(fù)極材料石墨更高的可逆容量,被認(rèn)為是最有前景的負(fù)極材料之一。過(guò)渡金屬(如鎳和銅)含氧酸鹽通常會(huì)帶有不易脫去的結(jié)晶水,這可能會(huì)對(duì)其作為鋰離子電池負(fù)極活性物質(zhì)造成消極影響；此外作為鋰離子電池負(fù)極,過(guò)渡金屬含氧酸鹽的實(shí)際容量通常會(huì)高于其理論容量,其可逆儲(chǔ)鋰機(jī)制及其額外比容量的來(lái)源尚不清晰。本論文研究了含結(jié)晶水的二價(jià)銅、鎳含氧酸鹽的可控制備及其電化學(xué)性能,著重探究了結(jié)晶水的存在及界面存儲(chǔ)對(duì)鋰離子電池負(fù)極材料性能方面的影響,主要內(nèi)容包含如下兩個(gè)方面：(1)根據(jù)含結(jié)晶水的草酸銅無(wú)法通過(guò)熱分解的方式脫出結(jié)晶水的特點(diǎn),我們通過(guò)共沉淀以及高溫脫水的方法分別制備了含結(jié)晶水與不含結(jié)晶水的草酸鈷銅,然后將兩者分別與石墨烯進(jìn)行了復(fù)合,得到兩者與石墨烯的復(fù)合產(chǎn)物。并將四種物質(zhì)分別作為鋰離子電池負(fù)極材料,進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試,探究結(jié)晶水對(duì)材料電化學(xué)性能的作用。研究結(jié)果表明：含結(jié)晶水的草酸鈷銅及其與石墨烯的復(fù)合物的高倍率儲(chǔ)鋰性能,分別比不含結(jié)晶水的草酸鈷銅及其與石墨烯的復(fù)合物的情況要優(yōu)越的多,說(shuō)明結(jié)晶水的存在對(duì)鋰離子電池的高倍率儲(chǔ)鋰性能有促進(jìn)作用。在1000 mA g-1的電流密度下、經(jīng)過(guò)200次可逆充放電循環(huán)后,含結(jié)晶水的草酸鈷銅電極的放電比容量為565 mAh g-1.將含結(jié)晶水的草酸鈷銅與石墨烯復(fù)合后,其可逆儲(chǔ)鋰性能進(jìn)一步提升,在5000 mA g-1的超高電流密度下、經(jīng)過(guò)1000次超長(zhǎng)可逆充放電循環(huán),其放電比容量仍高于商用石墨負(fù)極,達(dá)到388.9 mAhg-1,說(shuō)明結(jié)晶水與石墨烯對(duì)草酸鈷銅的高倍率可逆儲(chǔ)鋰行為有一定的協(xié)同增效作用。(2)通過(guò)一步溶劑熱法可控制備了含結(jié)晶水的玫瑰花狀堿式碳酸鎳中空納米結(jié)構(gòu),探討了該納米結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中的結(jié)晶水小霧滴的模板作用。將含結(jié)晶水的玫瑰花狀堿式碳酸鎳中空納米結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池負(fù)極,在100 mA g-1小電流密度下,其首次放電容量達(dá)1776.9 mAhg-1,隨后放電比容量逐漸降低并在第64次可逆充放電循環(huán)時(shí)達(dá)到最低值265.4 mAhg-1,此后由于納米結(jié)構(gòu)電極的界面存儲(chǔ)效應(yīng)越來(lái)越明顯,放電比容量逐漸上升并在第171次循環(huán)達(dá)到最高值611.3mAh g-1;而在大電流密度下,含結(jié)晶水的玫瑰花狀堿式碳酸鎳中空納米結(jié)構(gòu)電極的放電比容量并沒(méi)有出現(xiàn)極小值以及隨后的上升趨勢(shì),說(shuō)明界面存儲(chǔ)現(xiàn)象與充放電電流密度的大小有關(guān)系。鑒于界面存儲(chǔ)容量(即高于理論儲(chǔ)鋰容量的額外部分)與活性物質(zhì)的比表面積大小也有關(guān)系,我們通過(guò)固態(tài)熱分解反應(yīng)時(shí)脫羥基、脫結(jié)晶水等構(gòu)筑具有更大比表面積(115.7 m2 g-1)的中空多孔氧化鎳NiO玫瑰花狀納米結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)該中空多孔氧化鎳NiO納米結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池負(fù)極時(shí),其界面存儲(chǔ)現(xiàn)象更加顯著。在200 mA g-1電流密度下,中空多孔氧化鎳NiO玫瑰花狀納米結(jié)構(gòu)電極的首次放電比容量為1584.7 mAhg-1(首次庫(kù)倫效率為78.2%)。經(jīng)過(guò)上百次可逆充放電循環(huán)后,活性物質(zhì)NiO可逆地轉(zhuǎn)化Ni/Li2O納米復(fù)合物,經(jīng)過(guò)350次循環(huán)后其可逆儲(chǔ)鋰容量超過(guò)首次放電比容量達(dá)到2124.8 mAh g-1。根據(jù)電容微分曲線,我們算出了電極在每次可逆充放電循環(huán)中的總的儲(chǔ)鋰容量以及界面存儲(chǔ)容量所占的比例,電極的界面存儲(chǔ)容量逐漸升高表明其贗電容行為越來(lái)越明顯。將含結(jié)晶水的玫瑰花狀堿式碳酸鎳中空納米結(jié)構(gòu)與其派生的中空多孔NiO玫瑰花狀納米結(jié)構(gòu)的界面存儲(chǔ)行為相對(duì)比,驗(yàn)證了界面存儲(chǔ)容量與比表面積之間的正比關(guān)系,這對(duì)含結(jié)晶水含氧酸鹽在鋰離子電池負(fù)極材料方面的潛在應(yīng)用積累了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O611.4;TM912

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中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 朱存誠(chéng);;衡量無(wú)機(jī)含氧酸鹽熱穩(wěn)定性的一個(gè)新標(biāo)度[J];荊州師專學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1990年01期

2 林輝;;試談含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性[J];中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考;1985年04期

3 劉恩周;;對(duì)含氧酸鹽熱分解反應(yīng)的初步探，

本文編號(hào)：1314950