【摘要】：隨著21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展,能源問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題日益凸顯。為了解決以上問(wèn)題,鋰離子電池作為一種新型綠色能源被提出來(lái)。目前商業(yè)化的鋰離子電池負(fù)極材料主要是石墨,理論比容量?jī)H為372 mAh/g,不能滿足人們對(duì)高能量密度電池的需求。鈷基氧化物因比容量高,資源豐富,引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。本論文將鈷基氧化物分別與導(dǎo)電聚合物,碳和氧化物進(jìn)行復(fù)合,制備特殊結(jié)構(gòu)的鋰離子電池復(fù)合負(fù)極材料,并對(duì)其做了X-射線衍射(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、X-射線光電子能譜(XPS)、透射電子顯微鏡(TEM)等微觀形貌測(cè)試,將其作為負(fù)極材料組裝成電池進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試(CV)、交流阻抗譜(EIS)和充放電測(cè)試。研究?jī)?nèi)容如下:(1)采用水熱法和高溫?zé)崽幚砗铣闪祟惡Ｄ憼畹腘i Co_2O_4,再以Py單體為原料,通過(guò)化學(xué)氧化聚合法制備了NiCo_2O_4/PPy復(fù)合負(fù)極材料。PPy作為導(dǎo)電劑,提高了NiCo_2O_4材料的導(dǎo)電性,同時(shí)作為緩沖基質(zhì)能夠有效緩解NiCo_2O_4的體積膨脹。論文中探究了NiO,Co_3O_4和Ni Co_2O_4的電化學(xué)性能差異。探究了煅燒溫度,PPy含量對(duì)NiCo_2O_4/PPy復(fù)合負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:與NiCo_2O_4相比,NiCo_2O_4/PPy復(fù)合材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性有了明顯提升,其中30%NiCo_2O_4/PPy復(fù)合負(fù)極材料在200 m A/g電流密度下,循環(huán)100圈后,放電比容量仍高達(dá)1164.9 mAh/g。(2)采用聚丙烯腈(PAN)為碳源,通過(guò)靜電紡絲法和高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)制備了NiCo_2O_4/C復(fù)合負(fù)極材料。復(fù)合材料具有中空管狀結(jié)構(gòu),為材料提供了更多緩沖空間。PAN作為碳源經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚肀Ａ袅瞬糠痔疾牧?提高了材料導(dǎo)電性。論文中研究了不同濃度、不同熱處理溫度以及不同碳含量對(duì)NiCo_2O_4/C復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)體積為30 mL,熱處理溫度為400℃,原料中鹽為6 mmol時(shí),合成的Ni Co_2O_4/C復(fù)合負(fù)極材料電化學(xué)性能最佳;在200 mA/g電流密度下,NiCo_2O_4-6/C復(fù)合材料首次放電比容量為1446.2 mAh/g,首次庫(kù)倫效率為76%,經(jīng)過(guò)120次循環(huán),放電比容量仍高達(dá)1092.8 mAh/g,容量保持率99.5%。材料的循環(huán)穩(wěn)定性非常出色。(3)以聚丙烯腈為碳源,通過(guò)靜電紡絲法制備前驅(qū)體納米纖維,再通過(guò)兩步熱處理工藝合成了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的NiO-CoO/C復(fù)合材料。論文中研究了不同熱處理溫度和Ni:Co摩爾比對(duì)該復(fù)合負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響。通過(guò)X-射線衍射、能譜分析以及X-射線光電子能譜對(duì)復(fù)合材料的組成進(jìn)行了分析,并結(jié)合場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對(duì)材料的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明:復(fù)合材料具有中空結(jié)構(gòu)。當(dāng)Ni:Co=1:2,熱處理溫度400℃時(shí),制備的NiO-CoO/C復(fù)合材料的電化學(xué)性能最優(yōu),在電流密度200 mA/g下循環(huán)首次放電比容量為1621.2 mAh/g,首次庫(kù)倫效率為75%,經(jīng)過(guò)200次循環(huán)可逆比容量高達(dá)934mAh/g,容量保持率為82%。
【圖文】：

鋰離子電池嵌/脫鋰示意圖

CR2032扣式電池結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM912;TB33

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本文編號(hào)：2630571