新一代鋰離子電池儲能器件應當具有高能量密度、高循環(huán)穩(wěn)定性、輕薄、低成本化以及環(huán)境友好等特點。為克服鋰離子電池活性材料的低離子/電子擴散遷移速率,提升循環(huán)穩(wěn)定性。設計具有優(yōu)化納米通道、低維度及交聯(lián)網(wǎng)狀的一維納米結構,由于其獨特的離子/電子輸運路徑,以及對材料體積變化較強的耐受性,是一種實現(xiàn)離子和電子高質量傳輸,循環(huán)高度可逆,從根本上提升鋰離子電池儲能性能的有效途徑。本文以靜電紡絲法制備一維納米結構的高比容量鋰離子電池負極材料為主線,依次設計并制備了比容量遞增的碳納米纖維(Carbon Nanofibers,CNFs)、鎳/鈷氧化物納米顆粒鑲嵌CNFs、空心納米管(Nanotubes,NTs)、串珠狀納米線(Nanowires,NWs)和硅納米顆粒鑲嵌CNFs等一維結構材料�；谇度胧椒磻�、轉換反應以及合金化反應等儲能機制,系統(tǒng)研究了提升鋰離子電池電化學性能的有效方法,取得一些重要的科學成果:(1)采用靜電紡絲結合控制熱解制備出直徑均勻且超長連續(xù)的CNFs,并研究其作為鋰離子電池電極材料的電化學性能。發(fā)現(xiàn)熱解過程中特殊的樣品夾裝工藝能夠優(yōu)化CNFs的表面平整度,提升材料易加工性,大幅縮減電...

【文章頁數(shù)】：124 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 鋰離子電池簡述
        1.2.1 鋰離子電池發(fā)展史
        1.2.2 鋰離子電池構成和工作原理
        1.2.3 鋰離子電池電化學過程
        1.2.4 影響電化學性能的關鍵因素
    1.3 鋰離子電池負極材料及其電化學反應機理
        1.3.1 嵌入/脫嵌電化學反應
        1.3.2 轉換反應
        1.3.3 合金化反應
    1.4 一維納米結構鋰離子電池負極材料的研究進展
        1.4.1 一維納米結構材料
        1.4.2 靜電紡絲制備納米纖維
        1.4.3 納米纖維作為鋰離子電池負極材料的應用
    1.5 研究內容和創(chuàng)新點
        1.5.1 選題依據(jù)
        1.5.2 主要內容
        1.5.3 創(chuàng)新點
第2章 嵌入/脫嵌式的碳納米纖維電極制備及其儲能研究
    2.1 引言
    2.2 碳納米纖維提升電化學性能的機理
        2.2.1 碳納米纖維提升鋰離子擴散系數(shù)的機理
        2.2.2 碳納米纖維提升電極結構穩(wěn)定性的機理
    2.3 碳納米纖維的制備
        2.3.1 靜電紡絲法制備碳納米纖維電極
        2.3.2 碳納米纖維表面形貌優(yōu)化
        2.3.3 碳納米纖維的結構與形貌特征
    2.4 碳納米纖維電極的儲鋰性能研究
        2.4.1 碳納米纖維電極裝配與測試
        2.4.2 碳納米纖維儲鋰循環(huán)穩(wěn)定性研究
    2.5 本章小結
第3章 基于電化學轉換反應的NiO一維電極材料儲能研究
    3.1 引言
    3.2 碳納米纖維誘導NiO均勻成核對儲鋰穩(wěn)定性的強化機理
    3.3 一維納米結構的NiO可控制備
        3.3.1 靜電紡絲法制備一維納米結構NiO
        3.3.2 NiO鑲嵌碳納米纖維的結構及形貌特征
        3.3.3 NiO堆砌中空納米管的形貌特征
        3.3.4 NiO串珠納米線的形貌特征
    3.4 一維納米結構的NiO儲鋰性能研究
    3.5 碳納米纖維強化NiO儲鋰穩(wěn)定性能研究
    3.6 本章小結
第4章 基于電化學轉換反應的Co₃O₄ 一維電極材料儲能研究
    4.1 引言
    4.2 一維納米結構的Co₃O₄ 制備
        4.2.1 控制熱解優(yōu)化Co₃O₄ 的一維納米結構
        4.2.2 Co₃O₄ 鑲嵌碳納米纖維的結構及形貌特征
        4.2.3 Co₃O₄ 堆砌中空納米管的結構及形貌特征
    4.3 一維納米結構的Co₃O₄ 生長機理
    4.4 一維納米結構的Co₃O₄ 儲鋰性能研究
    4.5 Co₃O₄ 一維納米結構演變對儲鋰性能的影響
    4.6 本章小結
第5章 基于電化學合金化反應的Si基納米電極儲能研究
    5.1 引言
    5.2 低維結構Si/C納米電極材料的制備
        5.2.1 水熱法合成Si CNPs及其電極制備
        5.2.2 靜電紡絲法制備Si CNFs電極
    5.3 低維結構Si/C納米電極材料的結構及形貌表征
        5.3.1 Si CNPs材料的結構及形貌特征
        5.3.2 Si CNFs材料的結構及形貌特征
    5.4 Si CNPs和 Si CNFs電極材料的儲鋰性能研究
    5.5 靜電紡絲法制備新型Si CNPs/CNFs電極材料
    5.6 Si CNPs/CNFs材料的結構及形貌表征
    5.7 碳包覆和碳納米纖維協(xié)同強化Si電極材料儲鋰性能研究
    5.8 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 本文結論
    6.2 研究中存在的不足
    6.3 研究展望
參考文獻
致謝
附錄 A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄



本文編號：3737390