本文關(guān)鍵詞：二硫化鉬用作鋰離子電池負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能研究

  更多相關(guān)文章： 高性能鋰離子電池 水熱法 二硫化鉬納米花 三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 石墨烯納米片層 碳納米管

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,便攜式電子產(chǎn)品和可穿戴的電子設(shè)備在現(xiàn)代社會(huì)中得到了廣泛的應(yīng)用。在這些電子產(chǎn)品的組成部分中,能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng),尤其是電池系統(tǒng),越來越成為制約設(shè)備進(jìn)一步輕便化、小型化和持久續(xù)航的重要因素。另外,人口數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)使促使交通工具數(shù)量需求快速增長(zhǎng)。傳統(tǒng)交通的工具使用化石燃料作為能源,這將導(dǎo)致巨大的環(huán)境問題和能源的不可持續(xù)發(fā)展。解決這些問題的關(guān)鍵在于開發(fā)出高性能的電池。這些高性能的電池需要具有高的比能量密度、比功率密度、長(zhǎng)久的使用壽命和環(huán)境友好等特點(diǎn)。顯然,已經(jīng)開發(fā)并商業(yè)化的鋰離子電池成為儲(chǔ)能電源理想的第一選擇。但是傳統(tǒng)商用的鋰離子電池在能量密度和功率密度方面不是很高,并不能完全滿足一些電氣設(shè)備的使用要求,因此還有很大的改進(jìn)提高空間。研究和開發(fā)新的電極材料是一條提高鋰離子電池性能的重要途徑。尋找新型具有高的比能量密度、比功率密度、長(zhǎng)久使用壽命的電極材料已成為鋰離子電池領(lǐng)域研究開發(fā)的主要課題。當(dāng)前使用最廣泛的鋰離子電池負(fù)極材料依然是石墨。雖然石墨的價(jià)格低廉性能優(yōu)秀,但是石墨的理論比容量很低,僅有372 mAh/g。因此石墨很難滿足新一代電氣設(shè)備的需求,開發(fā)新一代鋰離子電池負(fù)極材料已迫在眉睫。本論文著眼于具有類似與石墨片層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫化物一二硫化鉬。二硫化鉬具有遠(yuǎn)高于石墨的比容量,但是由于二硫化鉬導(dǎo)電性很差和嵌鋰脫鋰過程中很大的體積變化導(dǎo)致其電化學(xué)性能很差。本論文重點(diǎn)研究了不同碳包覆的二硫化鉬電極材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能,以及結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能之間的關(guān)系。通過將二硫化鉬制備成具有少數(shù)幾個(gè)片層的納米花瓣以限制二硫化鉬的尺寸,并將這種納米花瓣嵌入復(fù)合碳材料的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)骨架中來改善二硫化鉬電極材料的電化學(xué)性能。在本論文第一章的緒論部分,作者簡(jiǎn)要的回顧了電池,特別是鋰離子電池的發(fā)展歷史、結(jié)構(gòu)和基本原理以及特性和應(yīng)用。接下來介紹了鋰離子電池的負(fù)極材料及當(dāng)前鋰離子電池負(fù)極材料中存在的問題和解決辦法。在緒論的最后,作者對(duì)本論文的選題背景和研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。在本文的第二章中作者介紹了合成高性能二硫化鉬復(fù)合電極材料過程中使用的試劑、儀器設(shè)備以及對(duì)所制備的電極材料進(jìn)行表征的設(shè)備和方法。第三章介紹了一種通過簡(jiǎn)便的水熱法,即可成功制備出一種花朵狀的二硫化鉬-納米石墨烯片層-碳納米管納米復(fù)合材料的方法。這種納米復(fù)合材料可以應(yīng)用于鋰離子電池的負(fù)極材料并且表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。通過引入納米片層的石墨烯和碳納米管骨架可以有效的限制二硫化鉬納米花的長(zhǎng)大(復(fù)合材料中二硫化鉬的片層厚度僅有5-10nm)。碳納米管緊密嵌入復(fù)合材料中,形成三維的快速導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不僅能夠提高二硫化鉬-納米石墨烯片層-碳納米管納米復(fù)合電極材料的電導(dǎo)率,還能夠隔離二硫化鉬納米花以限制二硫化鉬的團(tuán)聚。這種三維納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)良的倍率性能(在20A/g的電流密度下充放電循環(huán)時(shí),容量保持在300 mA h/g)和超長(zhǎng)的大電流循環(huán)性能(在5a/g的電流密度下充放電循環(huán)時(shí),經(jīng)過1000次充放電循環(huán)以后,容量依然能保持在728 mA h/g)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效地解決二硫化鉬電極材料的自身缺陷,對(duì)于制備其他過渡金屬的硫化物電極材料具有重要的借鑒意義。本論文的第四章對(duì)碩士研究生期間的工作做了一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)。在工作總結(jié)中分析了本論文的創(chuàng)新之處和不足之處并提出改進(jìn)意見。最后又對(duì)未來的研究工作做出一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)想和展望。
【關(guān)鍵詞】：高性能鋰離子電池 水熱法 二硫化鉬納米花 三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 石墨烯納米片層 碳納米管
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912;O646
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-39
• 1.1 引言11-13
• 1.2 鋰離子電池的發(fā)展歷史13-15
• 1.3 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)及原理15-20
• 1.3.1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和組成16-17
• 1.3.2 鋰離子電池的工作原理17-20
• 1.4 鋰離子電池的特性及應(yīng)用20-25
• 1.4.1 鋰離子電池的特性20-25
• 1.4.2 鋰離子電池的應(yīng)用25
• 1.5 鋰離子電池的電極材料25-29
• 1.5.1 鋰離子電池用電極材料概述25-26
• 1.5.2 石墨類層狀負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理26-28
• 1.5.3 層狀負(fù)極材料的制備28
• 1.5.4 層狀負(fù)極材料存在的問題和改進(jìn)方法28-29
• 1.6 本論文的選題背景和研究?jī)?nèi)容29-31
• 參考文獻(xiàn)31-39
• 第二章 實(shí)驗(yàn)儀器與方法39-51
• 2.1 本課題中所用大的主要藥品的基本信息和用途簡(jiǎn)介39-40
• 2.2 本論文研究過程中所用的主要儀器40-51
• 2.2.1 材料合成設(shè)備40-45
• 2.2.2 樣品的形貌、物相、結(jié)構(gòu)及成分的表征用到的儀器45
• 2.2.3 電池負(fù)極電極的制備和電池的組裝用到的儀器45-47
• 2.2.4 鋰離子電池電化學(xué)性能測(cè)試的儀器47-51
• 第三章 二硫化鉬負(fù)極材料的制備和表征51-77
• 3.1 引言51-54
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分54-57
• 3.2.1 二硫化鉬-納米石墨烯片層-碳納米管三維材料的制備54-56
• 3.2.2 電極片的制備56
• 3.2.3 CR2032型紐扣電池的裝備56-57
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論57-71
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)、形貌與成分57-65
• 3.3.2 電化學(xué)性能65-71
• 3.4 本章小結(jié)71-72
• 參考文獻(xiàn)72-77
• 第四章 碩士期間工作總結(jié)和未來設(shè)想77-79
• 4.1 本論文創(chuàng)新之處77
• 4.2 本論文不足之處77
• 4.3 未來工作設(shè)想77-79
• 致謝79-81
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果81

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