鋰離子電池因具備能量密度大、電壓平臺(tái)高、自放電較低、無記憶效應(yīng)、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)而成為研究熱點(diǎn)并得到廣泛的應(yīng)用。但現(xiàn)有的商業(yè)化負(fù)極材料的能量密度并不理想,且實(shí)際的應(yīng)用中所展現(xiàn)的容量已基本接近其理論值,很難通過改性進(jìn)一步提高其容量。因此,尋找新型材料替代石墨負(fù)極勢(shì)在必行。在眾多候選材料中,氧化鋅因具有理論比容量高、價(jià)格低廉、易于制備、綠色無污染等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。但是,氧化鋅在鋰化過程中面臨著巨大的體積變化,由此產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)引發(fā)電極材料的開裂、粉化甚至脫落,最終降低材料的循環(huán)性能。此外,氧化鋅的電子電導(dǎo)率較差,在一定程度上降低了其大電流充放電性能�；谏鲜鋈秉c(diǎn),本論文從控制材料的形貌和結(jié)構(gòu)出發(fā),將氧化鋅與良好的一維導(dǎo)體多壁碳納米管復(fù)合,采用簡(jiǎn)單的自組裝和后續(xù)高溫?zé)崽幚矸椒ㄖ苽淞瞬煌蚊布敖Y(jié)構(gòu)的ZnO/MWCNTs納米復(fù)合材料,以期緩解脫嵌鋰過程的體積效應(yīng),增強(qiáng)電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和導(dǎo)電性,進(jìn)而改善氧化鋅基負(fù)極材料的循環(huán)和倍率性能。(1)首先,我們?cè)O(shè)計(jì)了鋅離子和有機(jī)配體在官能團(tuán)化的多壁碳納米管外壁上原位自組裝形成鋅基金屬有機(jī)框架復(fù)合多壁碳納米管材料(S-MCZF);將所形成的S-MCZF復(fù)合材料在高溫下煅燒制備ZnO/MWCNTs(S-MCZO)納米復(fù)合材料。物理性能測(cè)試表明:粒度為40~50 nm的ZnO多面體沿著多壁碳納米管的軸向順序排列形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)S-MCZO復(fù)合材料,有效地降低了ZnO顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象。與純S-ZnO相比,S-MCZO具有更高的電子電導(dǎo)率,當(dāng)電流密度為200 mA/g時(shí),經(jīng)80次循環(huán)后,充電比容量為372 mAh/g,循環(huán)性能有所改善。(2)針對(duì)所制備的S-MCZO復(fù)合材料的倍率和循環(huán)性能不夠理想等問題,嘗試調(diào)節(jié)ZnO結(jié)構(gòu)尺寸以及與MWCNTs的結(jié)合方式進(jìn)一步提高其儲(chǔ)鋰性能。實(shí)驗(yàn)研究了ZIF-8的有機(jī)配體及煅燒溫度對(duì)最終材料的組分、形貌和結(jié)構(gòu)的影響,并獲得了具有穿插結(jié)構(gòu)的ZnO/MWCNTs(L-MCZO)納米復(fù)合材料。檢測(cè)結(jié)果表明,該復(fù)合材料中的ZnO多面體是由10 nm左右的ZnO初級(jí)粒子密集堆垛形成的納微結(jié)構(gòu)材料,具有分層多孔特性;MWCNTs穿插于多面體的內(nèi)部,伸出部分纏繞在其表面,起增強(qiáng)多面體的機(jī)械性能及緩沖其體積膨脹的作用。材料在200mA/g下充放電100次后,可逆容量仍可維持在419.8 mAh/g,即使在1000 mA/g下循環(huán)40次后仍可保持在326.8 mAh/g,其倍率性能及循環(huán)性能均有較大提升。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TM912;TB332;O646
【部分圖文】：

圖 1.1 各種二次電池能量密度對(duì)比圖[2]離子電池概述離子電池發(fā)展簡(jiǎn)介世紀(jì) 70 年代，人們對(duì)鋰二次電池中負(fù)極材料的研究主要集中在合金。1972 年美國(guó) Exxon 公司推出首款可充電鋰電池（負(fù)極為金0 次后仍擁有良好的性能。雖然該類電池展現(xiàn)出可觀的容量，但面粗糙，在多次循環(huán)后，鋰的不均勻沉積會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶。當(dāng)其達(dá)一方面可能會(huì)引起折斷造成鋰的不可逆損失，降低電池的循環(huán)會(huì)刺破隔膜形成短路，使電池大量放熱而起火甚至爆炸，存在極。因此，人們迫切希望找到一組新的電極材料體系解決這一難年代，鋰離子電池開始出現(xiàn)并且得到了飛速的發(fā)展。初期由 A嵌鋰化合物作為鋰二次電池負(fù)極材料，從而避免了鋰枝晶的產(chǎn)生ugh 等提出用鈷酸鋰當(dāng)做鋰二次電池的正極材料，至此“鋰離子

1.2.2 鋰離子電池結(jié)構(gòu)及工作原理生活中常見的鋰離子電池根據(jù)其外形大致可分為 4 類：方形、圓柱形、扣式以及軟包型。雖然它們形狀各異但構(gòu)造卻大致相同。圖 1.2 分別展示了這 4 種電池的結(jié)構(gòu)特征，從中可以看出每種電池都大致包含正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜以及外殼這 5 個(gè)部分，其中，電解液以及電極材料對(duì)電池的電化學(xué)性能影響至關(guān)重要。當(dāng)前所研究的正極材料多為嵌鋰的過渡金屬氧化物，如 LiCoO2、LiMnO4、LiFe2PO4等，它們結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且相對(duì)于金屬鋰具有較高的電勢(shì)；負(fù)極材料通常為碳材料、氮化物、過渡金屬氧化物等與鋰電勢(shì)相近的可嵌鋰材料；電解液普遍采用溶有鋰鹽（如 LiPF6、LiClO4等）的有機(jī)溶劑；隔膜則一般采用多孔的聚烯烴樹脂材料。

圖 1.3 鋰離子電池工作原理圖[8]正極反應(yīng)：+ LiCoO Li+Li+e21-xxx負(fù)極反應(yīng)：66CLieLiCx+x +x + 總反應(yīng)：2126LiCo6CLiCoOLiCxx+ + 電池負(fù)極材料研究現(xiàn)狀電池發(fā)展簡(jiǎn)介可以看出，負(fù)極材料的每一次重大突破都是至關(guān)重要的。早期采用單質(zhì)金屬鋰作為負(fù)極材Ah/g，但由于充放電過程容易在負(fù)極產(chǎn)生枝晶鋰，了鋰二次電池的應(yīng)用[9]。為解決這一難題，人們隨后替金屬鋰[10]。但此類合金材料在電池循環(huán)過程中存容量衰減嚴(yán)重。直到研究者發(fā)現(xiàn)了層狀的碳材料

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 李伏虎;馬愛玲;鄭然;;中間相炭微球用于鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J];化工新型材料;2016年07期

2 張雪;張東陽;丁書江;鄭元鎖;;納米結(jié)構(gòu)氧化鋅材料在鋰離子電池中的應(yīng)用[J];中國(guó)科技論文;2012年09期

3 武明昊;陳劍;王崇;衣寶廉;;鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J];電池;2011年04期

4 高鵬飛;楊軍;;鋰離子電池硅復(fù)合負(fù)極材料研究進(jìn)展[J];化學(xué)進(jìn)展;2011年Z1期

5 顏劍;蘇玉長(zhǎng);蘇繼桃;盧普濤;;鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J];電池工業(yè);2006年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 吳英遠(yuǎn);氧化鋅/碳復(fù)合材料的電沉積制備與儲(chǔ)鋰電化學(xué)性能[D];華南理工大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2807938