本文關(guān)鍵詞：插層復(fù)合電極材料的制備及儲能性能研究

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【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步,人類對新能源也越來越渴望。其中電化學(xué)儲能作為新能源體系的重要組成部分,被認(rèn)為是可替代化石能源體系的可持續(xù)發(fā)展能源體系。超級電容器、鋰離子電池作為電化學(xué)儲能系統(tǒng)的重要組成部分近年來引起了廣泛的關(guān)注。在電化學(xué)儲能裝置中,電極材料是其重要構(gòu)成部分,在電化學(xué)性能和材料的成本方面,都起到關(guān)鍵作用。本文合成了釩氧化物插層鎳鋁水滑石、鎳鈷水滑石和以鎳鈷水滑石為前驅(qū)體的三元電極材料,并對其電化學(xué)性能進(jìn)行了的研究。具體如下：1、通過水熱合成法制備了鎳鋁水滑石,以鎳鋁水滑石為前驅(qū)體,通過調(diào)整溶液的pH值,采用離子交換法制備了不同插層量的釩氧化物插層鎳鋁水滑石�？疾炝瞬煌琋i:Al摩爾比的插層水滑石結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律。隨著Ni:Al摩爾比變小,V氧化物插層量逐漸變大,層間V氧化物陰離子增多,導(dǎo)致水滑石層間距變大。隨后考察了反應(yīng)溶液的pH對插層量的影響,發(fā)現(xiàn)pH越高,偏釩酸根離子與氫離子結(jié)合形成的陰離子半徑越小,插層量越小。釩氧化物的插層量越多,材料的層間距變大,暴露了更多的活性位點(diǎn),與電解液充分反應(yīng),有較高的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性逐漸增大。當(dāng)插層量繼續(xù)變大,由于活性物質(zhì)Ni的減少,材料的比容量開始下降,不過由于不具備電化學(xué)活性的A1增多,材料的循環(huán)穩(wěn)定性提高。插層過程中溶液的pH越小,致使釩氧化物插層含量的增多,電極材料的電化學(xué)性能越好。在Ni,Al金屬摩爾比為3：1,實(shí)驗(yàn)過程中溶液pH為4.5時(shí),電流密度為1 A·g-1時(shí)的釩氧化物插層鎳鋁水滑石有較高的比電容達(dá)900 F·g-1。2.以硝酸鈷、硝酸鎳為原料,尿素為沉淀劑,采用簡單的回流法制備了層狀堆疊的類球狀鎳鈷水滑石,其中鎳鈷摩爾比為4：1,層間陰離子為碳酸根離子,具備水滑石的層狀結(jié)構(gòu)。隨后研究了其作為超級電容器材料的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在6M KOH電解液中,電流密度為1 A·g-1時(shí)比容量達(dá)1873 F·g-1,在10 A·g-1電流密度下循環(huán)1000圈后比電容保持81%。3.以鎳鈷水滑石為前驅(qū)體,在水滑石過夜溶脹后利用離子交換法進(jìn)行了錳氧化物插層反應(yīng),制得錳氧化物插層鎳鈷水滑石。插層的水滑石再與LiOH混合均勻,在不同的溫度下進(jìn)行焙燒,從而得到一系列鋰離子電池LiNi0.7CoO.15Mn0.15O2正極材料。隨著焙燒溫度的升高,材料的層狀結(jié)構(gòu)越來越明顯,當(dāng)升高到800℃,材料表面光滑,分散均勻,具有明顯層狀結(jié)構(gòu)。此時(shí)材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性也最好。在0.1C電流密度、2.75-4.5V(vs.Li+/Li)電壓下復(fù)合材料的比容量為193mAh·g-1,循環(huán)20周后,容量保持率為91%。
【關(guān)鍵詞】：鎳鋁水滑石 鎳鈷水滑石 插層水滑石 超級電容器 鋰離子電池
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;O646
【目錄】：

• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-32
• 1.1 引言14
• 1.2 超級電容器14-20
• 1.2.1 超級電容器概述14-16
• 1.2.2 超級電容器儲能機(jī)理16-18
• 1.2.3 超級電容器電極材料研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 鋰離子電池20-24
• 1.3.1 鋰離子電池概述20-21
• 1.3.2 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)與工作機(jī)理21
• 1.3.3 鋰離子電池層狀正極材料研究現(xiàn)狀21-24
• 1.4 插層水滑石24-30
• 1.4.1 插層水滑石概述24-25
• 1.4.2 水滑石的結(jié)構(gòu)25-26
• 1.4.3 插層水滑石的制備26-28
• 1.4.4 水滑石在鋰離子電池中的應(yīng)用28-29
• 1.4.5 水滑石在超級電容器中的應(yīng)用29-30
• 1.5 論文選題的目的與意義30-31
• 1.6 論文主要研究內(nèi)容31-32
• 第二章 實(shí)驗(yàn)儀器與測試方法32-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)所用主要試劑32-33
• 2.2 實(shí)驗(yàn)所用儀器33-34
• 2.3 測試分析儀器34
• 2.4 電化學(xué)性能測試34-38
• 2.4.1 超級電容器電化學(xué)性能測試34-35
• 2.4.2 鋰離子電池電化學(xué)性能測試35-38
• 第三章 釩氧化物插層鎳鋁水滑石及其超級電容器性能研究38-56
• 3.1 引言38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容38-39
• 3.2.1 鎳鋁水滑石前驅(qū)體的制備38-39
• 3.2.2 不同pH值條件下制備釩氧化物插層水滑石的復(fù)合材料39
• 3.2.3 以鎳鋁水滑石前驅(qū)體制備釩氧化物插層的復(fù)合材料39
• 3.3 結(jié)果與討論39-53
• 3.3.1 pH值對鎳鋁水滑石插層復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能的影響39-43
• 3.3.2 不同摩爾比下釩氧化物插層NiAl-LDH復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)分析43-48
• 3.3.3 不同摩爾比下釩氧化物插層NiAl-LDH電化學(xué)性能研究48-53
• 3.4 本章小結(jié)53-56
• 第四章 錳氧化物插層鎳鈷水滑石的制備及LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2鋰電池性能研究56-78
• 4.1 引言56-57
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分57
• 4.2.1 鎳鈷水滑石的合成57
• 4.2.2 錳氧化物插層鎳鉆水滑石前驅(qū)體的制備57
• 4.2.3 插層電極材料LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2的制備57
• 4.3 結(jié)果分析與討論57-75
• 4.3.1 鎳鈷水滑石的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能研究57-62
• 4.3.2 錳插層鎳鈷水滑石前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)與形貌研究62-65
• 4.3.3 燒結(jié)氣氛對LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2材料結(jié)構(gòu)和性能的影響65-69
• 4.3.4 焙燒溫度對LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2材料結(jié)構(gòu)和性能的影響69-74
• 4.3.5 LiNi_(0.7)Co_(0.15)Mn_(0.15)O_2材料循環(huán)伏安研究74-75
• 4.4 本章小結(jié)75-78
• 第五章結(jié)論與創(chuàng)新78-80
• 5.1 結(jié)論78-79
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)79-80
• 參考文獻(xiàn)80-88
• 致謝88-90
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90-92
• 作者和導(dǎo)師簡介92-93
• 碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會(huì)決議書93-94

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本文編號：750478