【摘要】：碳基納米金屬氧化物復合材料作為近些年來新興的鋰離子電池負極材料,不僅具備碳材料高導電性、高機械強度的特點,同時還具有納米金屬氧化物高比容量的優(yōu)點。本論文選取三種不同的納米金屬氧化物作為活性材料,通過合成空腔、多孔及包覆結(jié)構(gòu)的方法制備出三種碳基納米金屬氧化物復合材料,并研究分析電化學性能。1.使用碳納米管(CNTs)為導電骨架,通過控制合成條件,使用水熱法合成了三種不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的珠串Fe_3O_4-CNT復合材料,可以探究不同納米結(jié)構(gòu)對材料電化學性能的影響。在不同的電流密度下,不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)的珠串Fe_3O_4-CNT復合材料具有不同的電化學性能,且空腔Fe_3O_4-CNT最適合用作鋰離子電池負極材料。2.使用模擬廢舊塑料主要成分的聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚苯乙烯(PS)作為碳源,以球形Co_3O_4為活性材料,經(jīng)過催化碳化、氧化及刻蝕等步驟制備合成了Porous-Co_3O_4@C納米復合材料,并對其進行了相應的表征。當作為鋰離子電池負極材料時,Porous-Co_3O_4@C表現(xiàn)出了更優(yōu)異的循環(huán)壽命及倍率性能。選取0.1 A/g的電流密度時循環(huán)100圈后的可逆比容量為1015.7 mAh/g,選取1 A/g的電流密度時循環(huán)300圈后的可逆比容量為760.8 mAh/g。3.使用CNTs作為導電骨架,通過水熱法在其上負載了一定量的SnO_2納米粒子,并且分別選取葡萄糖和多巴胺為碳源,制備了空腔CNT@SnO_2@C及CNT@SnO_2@CN_x兩種碳納米復合材料,并對其進行了相應的表征。CNT@SnO_2@CN_x納米復合材料在作為鋰離子電池材料時,表現(xiàn)出了更優(yōu)異的循環(huán)壽命及倍率性能。當在電流密度為0.1 A/g時循環(huán)100圈后,CNT@SnO_2@CN_x納米復合材料的可逆比容量為1087.5 mAh/g。
【學位授予單位】：長春理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM912;TB383.1
【圖文】：

題背景源和環(huán)境作為現(xiàn)代人類發(fā)展的兩大議題，已經(jīng)得到了人們越來越多的關(guān)注會飛速發(fā)展的近幾十年中，傳統(tǒng)不可再生能源(煤，石油和天然氣)的消耗了源源不斷的能量，但是由此引發(fā)的資源枯竭、環(huán)境污染等問題日益凸顯們轉(zhuǎn)向?qū)稍偕男滦颓鍧嵞茉撮_發(fā)，如太陽能、風能等，但是其間斷性低效率等缺點成為限制這類能源發(fā)展的桎梏。二次電池具有可循環(huán)、可再的特點，因而得到了蓬勃的發(fā)展。圖 1.1 為幾種不同可充電電池的能量密度對比圖，從圖中可以看出，鋰離子電池具有較高的能量密度[1]。除此之電池所表現(xiàn)出來的無記憶效應、工作溫度范圍高、存儲壽命長、安全性能已經(jīng)被廣泛應用于個人電子商品、公共交通、軍工等方面。全球企業(yè)增長ost & Sullivan 調(diào)查研究顯示，2020 年全球商用鋰離子電池市場份額將達到[2]。近些年來，以鋰離子電池作為動力電池的電動汽車已經(jīng)引起國內(nèi)外的我國作為能源消耗大國，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)正在飛速發(fā)展，其中以比亞迪能源公司所研發(fā)的電動汽車處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

新一代電池系統(tǒng)，成為目前鋰離子電池領(lǐng)域發(fā)展的重要研生產(chǎn)意義[4]。池池組成示的商業(yè)化柱狀鋰離子電池，主要由正極、負極、電解液的隔膜組成[5]。商業(yè)化鋰離子電池正極材料采用鈷酸鋰（石墨作為負極。電解液由鋰鹽和混合溶劑體系組成，常見，混合溶劑體系由碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）DEC）等碳酸烷基酯組成[6]。這種混合體系可以提供較高學穩(wěn)定性高。隔膜采用聚烯類微孔膜，如聚乙烯（PE），或鋁材料，蓋體組織有防爆功能。

子電池工作原理種二次可充電電池，鋰離子電池的充放電過程依賴于 Li+在兩極。圖 1.3 是商業(yè)化鋰離子電池的工作原理示意圖：正極為 LiCoO2放電時，鋰離子和電子同時從正極中脫出，朝著相反的方向傳/電解液界面擴散進入電解液中，電子通過電極和集流體的接觸界狀態(tài)的負極。最后鋰離子和電子通過兩個不同的途徑，通過負極負極材料中，完成放電過程。反之為充電過程：鋰離子從負極脫嵌回處于缺鋰狀態(tài)的正極材料中，與此同時，電子通過外電路從電壓。通過鋰離子在正負極之間的往返傳遞，構(gòu)筑了鋰離子電池反應公式如下：正極反應：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-負極反應：nC + xLi++ xe- LixCn總反應：LiCoO2+ nC Li1-xCoO2+ LixCn

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