【摘要】：鋰離子電池具有很多優(yōu)勢(shì),例如高能量密度、無(wú)記憶效應(yīng)、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命等,這些優(yōu)勢(shì)使其成為便攜式電子設(shè)備重要的動(dòng)力提供者。隨著環(huán)境和能源危機(jī)的出現(xiàn),鋰離子電池作為下一代混合和純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源之一越來(lái)越受到關(guān)注,并對(duì)鋰離子電池的能量密度和安全性能提出了更高的要求,這就促使我們?nèi)パ芯块_(kāi)發(fā)低消耗和高性能的電極材料。目前商用的鋰離子電池負(fù)極材料石墨存在一些缺點(diǎn),例如比容量低(理論比容量372 mAh g~(-1))、大倍率下容量衰減比較快,這一系列的問(wèn)題不能滿足高性能鋰離子電池下一代的高要求。所以,研究其它高比容量,優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能的電極材料是很有必要的。ZnFe_2O_4因?yàn)楦呃碚摫热萘亢偷湍芎亩艿綇V泛關(guān)注。但是,ZnFe_2O_4負(fù)極材料導(dǎo)電性差、體積膨脹等問(wèn)題導(dǎo)致了容量的快速衰減、倍率性能較差,這些問(wèn)題限制了它的實(shí)際應(yīng)用。為了改善這個(gè)現(xiàn)狀,研究者們通常將金屬?gòu)?fù)合氧化物納米化或者與高電導(dǎo)率材料(碳、金屬)復(fù)合,來(lái)提高界面動(dòng)力和電子傳輸能力。進(jìn)而增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和循環(huán)穩(wěn)定性。Li_4Ti_5O_(12)在充放電過(guò)程中具有良好的循環(huán)可逆性,材料的體積幾乎沒(méi)有變化,循環(huán)穩(wěn)定性也比較理想。工作電壓在1.5 V左右,可以有效的防止金屬鋰枝晶的形成,從而保證電池在循環(huán)過(guò)程中良好的安全性能。但是Li_4Ti_5O_(12)的電子導(dǎo)電性差、容易脹氣,這是Li_4Ti_5O_(12)作為鋰離子電池負(fù)極材料得不到廣泛應(yīng)用的主要原因。目前,針對(duì)材料所存在的問(wèn)題主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改性:制備納米級(jí)別的材料、與導(dǎo)電物質(zhì)復(fù)合、離子摻雜、表面包覆等。本論文緒論簡(jiǎn)單介紹鋰離子電池及關(guān)鍵材料外,主要針對(duì)ZnFe_2O_4和Li_4Ti_5O_(12)負(fù)極材料的改性方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。本論文的主要實(shí)驗(yàn)是通過(guò)仿生的方法將多巴胺包覆及其與多種導(dǎo)電劑的復(fù)合物修飾在ZnFe_2O_4和Li_4Ti_5O_(12)負(fù)極材料的表面,制備出復(fù)合負(fù)極材料。具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為以下三個(gè)方面:1.采用簡(jiǎn)單易行的溶膠凝膠法制備出納米級(jí)別的ZnFe_2O_4負(fù)極材料,用仿生材料多巴胺通過(guò)在材料表面自聚包覆形成一層聚多巴胺包覆層。由于聚多巴胺薄膜是很好的離子透過(guò)膜,因此,在ZnFe_2O_4負(fù)極材料表面修飾聚多巴胺薄膜后保護(hù)電極材料的同時(shí)還可以改善電極材料的離子導(dǎo)電性。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制不同的反應(yīng)時(shí)間對(duì)包覆層的厚度進(jìn)行優(yōu)化,當(dāng)包覆時(shí)間為2 h時(shí),復(fù)合材料展示出了出色的電化學(xué)性能,在電流是1 A g~(-1)時(shí),初始放電比容量是2079 mAh g~(-1),循環(huán)了150圈后,可逆放電比容量仍然可以達(dá)到2074mAh g~(-1)。而且,在電流為5 A g~(-1)時(shí),ZFDA1電極的可逆比容量是1187 mAh g~(-1)。2.開(kāi)發(fā)了一種兼具離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電的雙功能表面修飾層,該修飾層是由聚多巴胺和不同導(dǎo)電碳復(fù)合而成。多巴胺具有和任何材料都有很好結(jié)合力的特性,在多巴胺的緩沖溶液中添加適量的導(dǎo)電碳,通過(guò)多巴胺的自聚在ZnFe_2O_4負(fù)極材料表面實(shí)現(xiàn)均勻地雙功能表面修飾。本實(shí)驗(yàn)在前期包覆厚度優(yōu)化的基礎(chǔ)上優(yōu)化了不同導(dǎo)電碳種類(如Super P或Graphene)和不同添加量對(duì)ZnFe_2O_4負(fù)極材料電化學(xué)性能的影響。當(dāng)Super P的添加量為3%時(shí),復(fù)合材料ZFDASP2電性能最好。在1 A g~(-1)的電流密度下進(jìn)行100次循環(huán)后仍然夠保持約2101.9 mA h g~(-1)的容量。Graphene的添加量為2%時(shí),復(fù)合材料ZFDAGO1具有最優(yōu)的電化學(xué)性能。3.對(duì)負(fù)極材料Li_4Ti_5O_(12)表面進(jìn)行雙功能包覆改性,采用效果較好的Super P作為導(dǎo)電碳,對(duì)Super P的添加量進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。當(dāng)Super P的添加量為3%時(shí),在電流密度35 mA g~(-1)下,可以明顯看出LTOSP2的初始放電比容量為175 mAh g~(-1),而未經(jīng)過(guò)改性的LTO的首次放電比容量為162.7 mAh g~(-1),循環(huán)至150圈后,LTOSP2的放電比容量仍保持在較高水平。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：河南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM912

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本文編號(hào)：2353272