發(fā)布時間：2020-07-18 07:50

【摘要】：隨著化石能源的逐漸枯竭、環(huán)境污染問題的日益加劇,開發(fā)清潔、綠色環(huán)保、高效節(jié)能的新能源得到了大家的廣泛關(guān)注。鋰離子電池由于其高比容量、長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點,被認(rèn)為是目前最具有前景的儲能器件之一。近年來鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品,如筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、移動電話等,并在電動車、智能電網(wǎng)、電動汽車等大功率器件領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。開發(fā)高比能量、高比功率的負(fù)極材料是提高鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一。其中過渡(雙)金屬氧(硫)化物具有理論比容量高、價格低廉、資源豐富且易大規(guī)模制備等優(yōu)點,是鋰離子電池負(fù)極材料的研究熱點之一。但它們存在導(dǎo)電性差、體積效應(yīng)嚴(yán)重導(dǎo)致倍率性能不好、循環(huán)穩(wěn)定性差等亟需解決的問題。本論文通過將納米過渡金屬化合物與碳材料復(fù)合,在導(dǎo)電基底泡沫鎳上合成自支撐雙金屬硫化物等改性方法,有效提高其電化學(xué)性能。主要的研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)Co_3O_4@NC復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究。以三聚氰胺為碳源和氮源,乙酸鈷為鈷源,草酸銨為沉淀劑,采用沉淀法得到前驅(qū)體材料后,進(jìn)行高溫碳化和低溫氧化處理,獲得Co_3O_4@NC(四氧化三鈷@氮摻雜碳)復(fù)合材料。通過優(yōu)化鈷源的量(25 mmol)可控得到海星狀Co_3O_4@NC-2復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn),它是由四氧化三鈷納米顆粒組成,并且在其外表面包覆著一層碳的二級微納結(jié)構(gòu)。電化學(xué)測試顯示,在200 mA/g電流密度下循環(huán)100次后,放電比容量為747.6 mA h/g,容量保持率為85.1%。在500 mA/g電流密度下循環(huán)300次后,放電比容量達(dá)到596.4 mA h/g。優(yōu)異的循環(huán)性能歸于其表面氮摻雜碳的均勻包覆。(2)三維連通MoS_2/NPC-NCNTs復(fù)合材料的原位構(gòu)建及其電化學(xué)性能研究。首先以三聚氰胺為碳、氮源,二氧化硅作為介孔模板,采用微乳液法制備三聚氰胺-甲醛樹脂,然后熱處理,在樹脂的碳化過程中同時進(jìn)行催化反應(yīng),形成氮摻雜碳納米管和無定形碳共同搭建的三維碳基體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),最后通過水熱法得到MoS_2/NPC-NCNTs(二硫化鉬/氮摻雜多孔碳-碳納米管)復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn),三維連通的氮摻雜多孔碳-碳納米管網(wǎng)絡(luò)碳基底具有類似于鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu),多孔碳與碳納米管互相交聯(lián),二硫化鉬納米片牢固的錨定在碳基底材料中。它作為鋰離子電池負(fù)極材料在200 mA/g電流密度下循環(huán)100次后,放電比容量高達(dá)1056.4 mA h/g,容量保持率為86.7%,在1000 mA/g電流密度循環(huán)400次后,放電比容量仍保留有526.1 mA h/g,即使在4000 mA/g大電流密度下,其放電比容量仍保留有452.2 mA h/g。優(yōu)異的循環(huán)、倍率性能歸因于材料獨特的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電碳基底的引入和氮摻雜特性。(3)自支撐CoMoS_4的制備及其電化學(xué)性能的研究。首先以鉬酸鈉、乙酸鈷為原料,通過水熱法和熱處理工藝在泡沫鎳基底上生長CoMoO_4,然后對其硫化,得到自支撐CoMoS_4電極。結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn),CoMoO_4納米片均勻地生長在泡沫鎳上,硫化后形貌發(fā)生改變,形成蜂窩狀的CoMoS_4。它在100 mA/g電流密度下首次充放電比容量為1678.3 mA h/g和1914.8 mA h/g,首次庫侖效率為87.6%,在200 mA/g電流密度下循環(huán)40次后,放電比容量仍保留有1184 mA h/g,遠(yuǎn)高于CoMoS_4粉末樣品。蜂窩狀CoMoS_4電極應(yīng)用于鈉離子電池中同樣也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,即使在1000 mA/g電流密度下,比容量仍高達(dá)944.3 mA h/g。泡沫鎳基底對自支撐電極倍率性能的提高起了關(guān)鍵的作用。首次庫侖效率的提高歸因于鎳促進(jìn)了活性物質(zhì)與鋰(鈉)轉(zhuǎn)換反應(yīng)逆反應(yīng)的進(jìn)行。本論文為碳包覆多孔二級微納結(jié)構(gòu)的制備提供了一種簡單的方法,為原位構(gòu)建三維氮摻雜多孔碳-碳納米管網(wǎng)絡(luò)碳基底提供了一種可行的策略,也為過渡金屬化合物儲鋰負(fù)極材料電化學(xué)性能的提高,特別是首次庫侖效率提供了一種思路,為儲鋰(鈉)負(fù)極材料的進(jìn)一步開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TM912
【圖文】：

鋰離子電池工作原理示意圖

碳負(fù)極材料的分類Fig1.2Theclassificationofthecarbonanodematerials非石墨類硬碳

多孔蝴蝶狀Co3O4形成機(jī)理圖

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 林宜;;用改性粘接劑試制礦棉板[J];建材工業(yè)信息;1987年15期

2 修璐;美國高強(qiáng)砼的研究現(xiàn)狀及新研究課題方向[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報;1988年06期

3 朱璧英;;影響照相影像效應(yīng)諸因素的東西方專題討論會[J];感光材料;1989年01期

4 劉桐;對常用錳礦的質(zhì)量分析和調(diào)查[J];電池;1989年03期

5 李仕群;胡佳山;;粉煤灰物理化學(xué)性能評述[J];山東建材學(xué)院學(xué)報;1989年01期

6 烏.赫.阿卡耶夫;馬文杰;;聚丙烯結(jié)構(gòu)和化學(xué)性能的穩(wěn)定[J];合成材料老化與應(yīng)用;1989年04期

7 黃華;;載鉑鈷酸鑭的制備與電化學(xué)性能[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報;2016年06期

8 許占位;王天;劉鑫悅;段欣彤;杜釗;王盈;;氣氛對鉬酸銨分解的影響及產(chǎn)物的電化學(xué)性能[J];陜西科技大學(xué)學(xué)報;2017年03期

9 豐洪微;劉向東;田曉;;儲氫合金電化學(xué)性能影響因素的研究進(jìn)展[J];金屬功能材料;2009年05期

10 劉春蓮;;《材料化學(xué)性能》課的教學(xué)實踐[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版);2002年S1期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王貴欣;周固民;瞿美臻;江奇;王國平;馮永成;張伯蘭;于作龍;;兩種碳納米管在超級電容器中的應(yīng)用[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會議論文集（上卷）[C];2003年

2 仇鵬;周佳盼;米紅宇;;石墨烯/碳納米管復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第24分會：化學(xué)電源[C];2014年

3 耿芹;梁小玉;王吉德;宿新泰;;二硫化鉬/碳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第三十分會：化學(xué)電源[C];2016年

4 郄富昌;彭慶文;唐致遠(yuǎn);;鋰離子電池負(fù)極材料Li_2ZnTi_3O_8/C納米顆粒的制備及其電化學(xué)性能[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

5 盧星河;韓冬;張廣清;馬楠;姚宏偉;;聚合物鋰離子電池碳負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（4）[C];2007年

6 劉志超;盧嘉春;黃萍;朱敏華;方荃;;幾種氟化碳材料的結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能研究[A];第八屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議摘要[C];2013年

7 許越;周德瑞;周景玲;孫碩;;乙醛肟的電化學(xué)性能研究[A];第九屆全國緩蝕劑學(xué)術(shù)討論會論文集[C];1995年

8 趙曉;鄭明濤;胡航;肖勇;劉應(yīng)亮;;石墨烯/碳量子點復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能[A];第七屆中國儲能與動力電池及其關(guān)鍵材料學(xué)術(shù)研討與技術(shù)交流會論文集[C];2015年

9 張曉駿;劉明賢;段輝;甘禮華;陳龍武;;石墨烯/多孔碳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第26分會：膠體與界面[C];2014年

10 劉瑞平;蘇偉明;賀鵬;張超;沈超;;中空結(jié)構(gòu)TiO_2基鋰離子電池負(fù)極材料的合成與電化學(xué)性能[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第三十分會：化學(xué)電源[C];2016年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 徐蒞 新疆昊鑫鋰鹽開發(fā)有限公司;稀土和鈷摻雜錳酸鋰的電化學(xué)性能研究[N];新疆科技報(漢);2011年

2 ;十年磨一劍真情鑄輝煌[N];中國國門時報;2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張丹;過渡金屬氧化物及氮化物與碳復(fù)合負(fù)極材料的合成和電化學(xué)性能研究[D];吉林大學(xué);2019年

2 傅儒生;新型結(jié)構(gòu)硅基負(fù)極材料制備及電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所);2018年

3 何斌;高穩(wěn)定性硫正極材料的設(shè)計合成及其電化學(xué)性能研究[D];大連理工大學(xué);2018年

4 張繼君;過渡金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)的可控合成和電化學(xué)性能研究[D];電子科技大學(xué);2019年

5 白雪;鎳、鈷基氫氧化物微結(jié)構(gòu)構(gòu)筑及電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2018年

6 王艷;新型有機(jī)質(zhì)高性能負(fù)極材料的電化學(xué)性能和儲鋰機(jī)制[D];蘇州大學(xué);2018年

7 吳麗軍;釩氧（硫）化物鋰離子電池正極材料制備及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

8 吳田;鎳基體系三維電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

9 馬藝寧;層狀結(jié)構(gòu)釩氧基化合物的制備及電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

10 施偉利;碳素類流體的碳化物結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能研究[D];武漢理工大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉玉林;高電壓LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4電極材料的合成及其電化學(xué)性能研究[D];西南科技大學(xué);2019年

2 平昕;ZIF-67衍生的四氧化三鈷及其復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究[D];吉林大學(xué);2019年

3 張涵翔;稻殼基新型硅碳負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];吉林大學(xué);2019年

4 薛金申;SnO_2/生物質(zhì)碳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];吉林大學(xué);2019年

5 姜麗雪;ZnFe_2O_4基電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];吉林大學(xué);2019年

6 高巖;稻殼基碳與氧化鋅復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];吉林大學(xué);2019年

7 劉敏慶;鐵基氟化物的制備及其電化學(xué)性能研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2019年

8 戚秀君;雜原子摻雜碳材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2019年

9 段家琪;雙金屬硫化物電極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2019年

10 王志強(qiáng);基于ZIFs納米多孔材料制備及電化學(xué)性能研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2019年

本文編號：2760617