本文關(guān)鍵詞：錫基鋰離子電池負(fù)極材料的制備與電化學(xué)性能研究

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【摘要】：鋰離子電池因其具有體積小、重量輕、完全無記憶效應(yīng)、高能量密度、自放電流小、寬工作溫度范圍、高安全性、可大電流充放電、循環(huán)次數(shù)多、較長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)點(diǎn),廣泛地被應(yīng)用于智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、便攜式筆記本電腦、純電動(dòng)汽車、軍事裝備及航空航天等眾多領(lǐng)域。本論文合成了錫基納米材料,并將其作為鋰離子電池的負(fù)極材料,測(cè)試其電化學(xué)性能,所制備的錫基納米材料包括納米二氧化錫、碳包覆二氧化錫和氧化鎳/二氧化錫三類負(fù)極材料。以簡(jiǎn)單水熱法分別合成納米SnO2、SnO2/C復(fù)合材料和NiO-SnO2復(fù)合金屬氧化物等一系列錫基納米材料,比較其作為負(fù)極材料表現(xiàn)出的電化學(xué)性能差異。碳復(fù)合的錫基材料融合了納米材料和碳復(fù)合的優(yōu)勢(shì),不同金屬氧化物復(fù)合材料應(yīng)用了金屬氧化物間的協(xié)同效應(yīng),都有望滿足鋰離子電池日益發(fā)展的需要。本論文主要研究如下:一、以水熱法合成純SnO2納米材料,對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、物相、形貌等性能進(jìn)行了SEM(掃描電子顯微鏡)、XRD(X-射線衍射)測(cè)試,并對(duì)其作為負(fù)極進(jìn)行了恒流充放電、循環(huán)伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等電化學(xué)性能測(cè)試。XRD測(cè)試證明,本實(shí)驗(yàn)中所制備的SnO2為四方形金紅石結(jié)構(gòu);SEM圖表明,得到的SnO2材料是納米尺寸。循環(huán)伏安揭示了SnO2材料脫嵌鋰的過程,從而確定了反應(yīng)過程機(jī)理。二、基于SnO2作為鋰離子電池負(fù)極材料存在導(dǎo)電性較差和嚴(yán)重的體積效應(yīng)的缺點(diǎn),本論文采用一步水熱法制備了不同比例的SnO2/C復(fù)合材料,分析碳材料的引入在提升比容量和循環(huán)性能方面所起的作用。對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、物相、形貌等進(jìn)行了SEM、XRD、TG(熱重)測(cè)試,并對(duì)其作為負(fù)極進(jìn)行了恒流充放電、交流阻抗等電化學(xué)性能測(cè)試。XRD測(cè)試表明,材料中碳為無定形碳,SnO2為納米晶體;通過TGA測(cè)試確定了材料中碳的含量;SEM圖顯示,所制得的材料直徑在50到60nm之間。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,SnO2/C復(fù)合材料電極首次放電比容量為1197.5 mAh·g-1,首次庫(kù)倫效率55.11%,在50次循環(huán)之后的容量保持在190 mAh·g-1,而SnO2材料電極的首次放電比容量為940.6mAh·g-1。碳的加入提高了納米SnO2的導(dǎo)電性,在循環(huán)過程中抑制了粒子團(tuán)聚,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)。三、以水熱法制備了NiO-SnO2納米復(fù)合材料。對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、物相、形貌等進(jìn)行了SEM、TEM(透射電鏡)、XRD、TG測(cè)試,并對(duì)其作為負(fù)極進(jìn)行了恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等電化學(xué)性能測(cè)試。SEM表征顯示,該復(fù)合材料為納米材料,球形顆粒,顆粒尺寸在30~40nm。XRD結(jié)果表明,衍射峰分別與NiO和SnO2相對(duì)應(yīng)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明,其作為鋰離子電池負(fù)極材料具有較高的可逆比容量和較好的循環(huán)性能。NiO與SnO2之間的協(xié)同效應(yīng),增加了材料的穩(wěn)定性,增強(qiáng)導(dǎo)電性,有利于鋰離子的擴(kuò)散。材料在充放電過程中會(huì)反應(yīng)生成納米尺寸的Ni單質(zhì),使得活性物質(zhì)的表面原子增多,電化學(xué)反應(yīng)活性增強(qiáng),并且Ni單質(zhì)本身具有較高的活性,可以與Li2O反應(yīng),并使SnO2首周放電過程生成的Li2O可逆地轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i+,負(fù)極的容量也隨之提高,從而不可逆容量降低,提高了首次庫(kù)倫效率。EIS測(cè)試進(jìn)一步證明,NiO與SnO2之間的相互作用使得材料的導(dǎo)電性大大增強(qiáng),其充放電過程中的動(dòng)力學(xué)特征也明顯改善。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 負(fù)極材料 錫基材料 金屬氧化物 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-25
• 引言10
• 1.1 鋰離子電池的發(fā)展歷程及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2 鋰離子電池的內(nèi)部組成及其工作原理11-16
• 1.2.1 正極材料12-14
• 1.2.2 隔膜14-15
• 1.2.3 電解液15
• 1.2.4 負(fù)極材料15-16
• 1.3 鋰離子電池的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域16-18
• 1.4 鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展18-23
• 1.4.1 碳類負(fù)極材料18-21
• 1.4.2 硅基負(fù)極材料21
• 1.4.3 錫基氧化物負(fù)極材料21-22
• 1.4.4 尖晶石型鈦酸鋰負(fù)極材料22-23
• 1.4.5 其它類負(fù)極材料23
• 1.5 本文的研究?jī)?nèi)容和研究目的23-25
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分25-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑25-26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法26-30
• 2.3.1 電極活性物質(zhì)的制備方法26-27
• 2.3.2 材料的表征方法27
• 2.3.3 扣式電池裝配過程27-29
• 2.3.4 電化學(xué)性能測(cè)試方法29-30
• 第三章 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料的制備、表征及其電化學(xué)性能研究30-39
• 引言30
• 3.1 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料的制備30-31
• 3.2 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料的SEM表征31-32
• 3.3 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料的XRD表征32-33
• 3.4 SnO_2/C復(fù)合材料的熱重分析33-34
• 3.5 納米SnO_2、SnO_2/C復(fù)合材料電極的電化學(xué)性能測(cè)試34-38
• 3.5.1 循環(huán)伏安測(cè)試34-35
• 3.5.2 恒流充放電測(cè)試35-36
• 3.5.3 循環(huán)性能測(cè)試36-37
• 3.5.4 交流阻抗測(cè)試37-38
• 3.6 小結(jié)38-39
• 第四章 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物及其電極的制備、表征和電化學(xué)性能研究39-50
• 引言39
• 4.1 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的制備39-40
• 4.2 NiO-SnO_2材料前驅(qū)體的熱重分析40-41
• 4.3 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的SEM表征41-42
• 4.4 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的TEM表征42
• 4.5 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的XRD表征42-43
• 4.6 NiO-SnO_2復(fù)合金屬氧化物材料的電化學(xué)性能測(cè)試43-49
• 4.6.1 循環(huán)伏安測(cè)試43-44
• 4.6.2 恒流充放電測(cè)試44-46
• 4.6.3 循環(huán)性能測(cè)試46-47
• 4.6.4 交流阻抗測(cè)試47-49
• 4.7 小結(jié)49-50
• 第五章 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-57
• 碩士期間發(fā)表論文情況57-58
• 致謝58

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2 楊春芳,翟秀靜,張愛梨,暴水生,符巖,孫曉萍;鋰離子電池負(fù)極材料錫基氧化物的研究[J];黃金學(xué)報(bào);2001年03期

3 袁正勇,黃峰,孫聚堂,張克立,周運(yùn)鴻;非晶態(tài)氧化亞錫基鋰離子電池負(fù)極材料的合成及電化學(xué)性質(zhì)研究[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版);2002年04期

4 林克芝,王曉琳,徐艷輝;新型錫基材料的制備及其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能[J];電源技術(shù);2005年08期

5 莫云輝;陶德華;韋習(xí)成;李清華;王帥寶;;鋼-銅摩擦副自修復(fù)錫基半流體脂的摩擦磨損性能研究[J];摩擦學(xué)學(xué)報(bào);2009年03期

6 林克芝,王曉琳,徐艷輝;鋰離子電池錫基負(fù)極材料的改性研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2005年01期

7 秦琴;李庾春;王宇娜;;軸承合金溫度控制標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)報(bào)告[J];汽輪機(jī)技術(shù);1986年02期

8 王文超;章亮亮;付延鮑;馬曉華;;鋰離子電池錫基負(fù)極材料的改性研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2012年02期

9 段博超;王維坤;趙海雷;王安邦;余仲寶;楊裕生;;鋰離子電池錫基負(fù)極材料研究進(jìn)展[J];稀有金屬材料與工程;2012年S2期

10 雷鋼鐵;高德淑;李朝暉;蘇光耀;;鋰離子電池錫基負(fù)極材料研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2001年07期

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1 李昌盛;唐致遠(yuǎn);;鋰離子電池錫基負(fù)極材料研究進(jìn)展[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

2 王劍華;黃瑞安;楊寧;郭玉忠;;氧化錫基鋰離子電池負(fù)極材料的制備與表征[A];2005中國(guó)儲(chǔ)能電池與動(dòng)力電池及其關(guān)鍵材料學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2005年

3 謝瀟怡;吳鋒;李麗;;鋰離子電池負(fù)極材料錫基氧化物的電子結(jié)構(gòu)分析[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)應(yīng)用化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

4 董婉;孟濤;陳強(qiáng);;原子層沉積氧化鋁在氧化錫基染料敏化太陽能電池中的應(yīng)用[A];第十六屆全國(guó)等離子體科學(xué)技術(shù)會(huì)議暨第一屆全國(guó)等離子體醫(yī)學(xué)研討會(huì)會(huì)議摘要集[C];2013年

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1 練玉春;超越專業(yè)的專業(yè)愉悅[N];光明日?qǐng)?bào);2006年

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1 譚春暉;新型納米結(jié)構(gòu)錫基鋰離子電池負(fù)極材料的制備及性能研究[D];山東大學(xué);2013年

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3 薛雷剛;鋰離子電池錫基負(fù)極材料的制備及儲(chǔ)能行為研究[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

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5 張瑞雪;高比容量鋰離子電池錫基負(fù)極材料的研究[D];蘇州大學(xué);2014年

6 姜冬冬;用于鋰離子電池的錫基納米結(jié)構(gòu)電極的研究[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

7 李維;水熱法制備錫基復(fù)合材料及電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 鄭云肖;銻基（錫基）/碳納米復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)儲(chǔ)鋰性能研究[D];浙江大學(xué);2013年

9 李建蘋;碳復(fù)合錫基納米材料的制備及其在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用[D];南京師范大學(xué);2014年

10 廖立勇;錫基氧化物的制備及其用作鋰離子電池負(fù)極材料的研究[D];天津大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：766123