隨著能源需求的日益增長以及環(huán)境污染的加劇,開發(fā)出清潔高效的新型能源已成為當務之急。鋰離子電池因具有環(huán)保、輕便、高容量、長壽命等優(yōu)點而得到了廣泛的應用。目前商業(yè)化的石墨材料較低的理論比容量而限制了其電化學性能的提高。而新型碳材料——碳納米纖維具有較高的導電性、大的比表面積等優(yōu)點,作為鋰離子電池負極材料時能夠表現(xiàn)出的潛在應用價值。除此之外,低成本的過渡金屬氧化物和硫化物因具有較高的理論比容量和綠色無污染等優(yōu)點,也得到了科研工作者的廣泛關注。但它們由于充放電前后體積膨脹和可逆容量的快速衰減等因素而在儲能材料中的應用得到了制約�；诖�,本文主要采用簡單的水熱合成法設計新型納米結構的碳納米纖維、鈷酸銅空心微球和尺寸均一的硫化錸層狀納米球,并對其電化學性能及應用進行研究。具體內容如下:1.多孔空心結構的碳納米纖維電化學性能的研究及其應用以多壁碳納米管為支架、蔗糖為碳源,通過水熱合成法成功制備了可調控殼層厚度在2.5-13.5 nm之間的多孔空心碳納米纖維。采用X射線衍射、拉曼光譜、高分辨電子顯微鏡和氮吸附脫附測試等測試對所合成的碳納米纖維進行成分、表面化學鍵和微觀結構進行表征測試。結果表明:當作為鋰離子電池負極材料時,殼層厚度和孔結構等微觀結構對鋰存儲性能有一定的影響。蔗糖添加量為0.25 g得到的碳納米纖維在電流密度為0.05 A g~(-1)循環(huán)50圈時表現(xiàn)出297.3 mA h g~(-1)的放電比容量,高于多壁碳納米管相同條件下215.8 mA h g~(-1)的放電比容量。由此可見,多孔空心碳納米纖維表現(xiàn)出增強的可逆容量、循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。2.鈷酸銅空心微球電化學性能的研究及其應用利用自模板的溶劑熱法和隨后的退火過程成功制備了尖晶石Cu_xCo_(3-x)O_4(x≤0.30)空心微球。掃描電子顯微圖片和透射電子顯微圖片表明:所制備的空心微球的平均直徑約為450 nm,且擁有平均厚度約為50 nm的緊致的多晶殼層。作為鋰離子電池負極材料時,Cu_xCo_(3-x)O_4空心微球表現(xiàn)出高的鋰離子存儲能力,這主要依賴于Cu_xCo_(3-x)O_4中間體的退火溫度。結果表明:400 ~oC退火得到的Cu_xCo_(3-x)O_4空心微球在電流密度為100 mA g~(-1)循環(huán)50圈后仍能保持1187 mA h g~(-1)的可逆放電容量。如此優(yōu)秀的鋰電存儲能力主要來自于其殼層特殊的微觀結構。空心微球的殼層由高度緊密連接的細小納米顆粒所組成,能夠有效提高導電性。3.尺寸均一的硫化錸高級納米球電化學性能的研究及其應用采用簡單的水熱合成法將層間距擴張的納米片組裝制備了層間距均勻的ReS_2納米球。在納米球中,卷曲的納米片中存在許多大孔。二維擴張的層間距能夠幫助儲存更多的鋰離子且能夠固定鋰離子的傳輸,而且三維層狀納米球中的空隙有利于緩沖鋰離子嵌入或脫嵌過程中的體積膨脹并保護電極的完整性。當作為鋰離子電池負極材料時,與ReS_2納米顆粒相比(相同條件下的可逆容量為458 mAh g~(-1),容量保持率進為75%),獨特的ReS_2納米球在電流密度為100 mA g~(-1)循環(huán)100次時仍能保持1011 mA h g~(-1)的可逆比容量,其容量保持超過了100%。相對較高的可逆容量說明層間距均勻得ReS_2納米球具有高性能的鋰電存儲能力。
【學位單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TM912
【部分圖文】：

圖 1.1 鋰離子電池工作原理Fig 1.1 Work principle of lithium ion batteries的特點、鎳氫等其它類型的二次電池相比，鋰離子電池具有許目前商業(yè)化的電池中，鋰電池的比容量可以達到 372 m 2-3 倍，鎳鉻電池的 3-4 倍。。商業(yè)化鋰離子電池的工作電壓為 3.6 V，而鎳鉻、鎳只有 1.2 V。。鋰離子電池一般可以循環(huán) 600~1000 次，正極材料為至可以達到 2000 次以上。。鋰離子電池反應過程中以鋰離子的形態(tài)存在，消除了問題。。鋰離子電池在 1 C 充電 30 min 時，容量能夠達到標

圖 1.2 MS2的組成結構示意圖Fig 1.2 Structure diagram of MS2材料的概述表面積大，能夠提供更多的活性位點，減小離子的比，納米材料大的比表面積能夠增加活性物質與極的極化程度和體積膨脹，進而提高電池的循環(huán)料料主要包括：多孔結構[46]、一維[47]、二維[48]和納米管以及碳納米纖維等的一維碳納米材料不僅表面官能團的分布上也有所不同。這種獨特結構比表面積，還能夠提供較多的孔結構和較優(yōu)的電得到一定程度的改善。如已經(jīng)成功合成的單壁碳量分別達到 400 mAh g-1和 500 mAh g-1。

第一章 緒論保持在1048.8 mAh g-1。Sagar Mitra等[58]制備了二維結構的M，MoS2納米墻在電流密度 100 mAg-1循環(huán) 50 圈后表現(xiàn)出高達。在電流密度分別為 500和1000 mAg-1循環(huán) 50圈后能夠表現(xiàn)逆比容量，顯示出突出的倍率性。由此可見，通過簡單的水負極材料具有以下優(yōu)點：（1）具備較大的比表面積，可以增，進而使更多的活性物質參與電極反應；（2）能夠縮短鋰離子環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能；（3）可以控制合成不同形貌結構材料
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 武賀;王鑫;李守宏;;中國潮汐能資源評估與開發(fā)利用研究進展[J];海洋通報;2015年04期

2 王彩娟;宋楊;席安靜;金挺;;大型鋰離子電池系統(tǒng)UN38.3檢測技術研究[J];電池工業(yè);2014年04期

3 周肖肖;魏曉平;王新宇;;環(huán)境約束下的化石能源跨期開采路徑比較研究[J];統(tǒng)計與信息論壇;2014年07期

4 閆云飛;張智恩;張力;代長林;;太陽能利用技術及其應用[J];太陽能學報;2012年S1期

5 朱潤芝;朱永杰;;1980—2009年中國經(jīng)濟增長對化石能源消耗的依賴關系[J];資源開發(fā)與市場;2012年08期

6 鄭崇偉;潘靜;;全球海域風能資源評估及等級區(qū)劃[J];自然資源學報;2012年03期

7 郭麗玲;張傳祥;范廣新;;碳納米管用作鋰離子電池負極材料的研究進展[J];材料導報;2011年S2期

8 陳欣;張乃慶;孫克寧;;鋰離子電池3d過渡金屬氧化物負極微/納米材料[J];化學進展;2011年10期

9 江澤民;;對中國能源問題的思考[J];上海交通大學學報;2008年03期

10 于超,支紅軍;鋰離子電池的研究與發(fā)展[J];新疆有色金屬;2004年S1期

相關博士學位論文 前3條

1 呂曉欣;鋰離子電池過渡金屬氧化物負極材料的制備及其電化學性能表征[D];蘇州大學;2016年

2 李鹿;納米結構鋰離子電池負極材料的設計、制備及性能研究[D];東北師范大學;2012年

3 姚煜;納米結構氧化物鋰離子電池負極材料研究[D];復旦大學;2012年

相關碩士學位論文 前7條

1 張培根;幾種過渡金屬氧化物鋰離子電池負極材料的制備與電化學性能[D];安徽大學;2016年

2 王偉;過渡金屬氧化物鋰離子電池負極材料的制備和電化學性能研究[D];華東師范大學;2014年

3 王叢;二硫化鉬/石墨烯復合負極材料的合成及其儲鋰行為研究[D];華東理工大學;2014年

4 賀仁飛;中國生物質能的地區(qū)分布及開發(fā)利用評價[D];蘭州大學;2013年

5 李甜;鋰離子電池負極材料石墨烯的制備及其電化學性能研究[D];南昌大學;2011年

6 張丹;碳納米纖維用作鋰離子二次電池負極材料的研究[D];湘潭大學;2011年

7 王源;電動汽車用動力鉛酸電池快速充電技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

本文編號：2865054