發(fā)布時間：2017-12-21 06:02

  本文關鍵詞：含結晶水的二價銅、鎳含氧酸鹽的可控制備及其電化學性能研究　出處：《山東大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：作為一種重要的新型能源儲能設備,鋰離子電池已經(jīng)廣泛應用于手機、電腦以及電動汽車等各個領域。為了提高鋰離子電池容量以滿足高能量設備的要求,科研工作者對各類電極材料展開了探索,其中含氧酸鹽具有比傳統(tǒng)商用負極材料石墨更高的可逆容量,被認為是最有前景的負極材料之一。過渡金屬(如鎳和銅)含氧酸鹽通常會帶有不易脫去的結晶水,這可能會對其作為鋰離子電池負極活性物質(zhì)造成消極影響；此外作為鋰離子電池負極,過渡金屬含氧酸鹽的實際容量通常會高于其理論容量,其可逆儲鋰機制及其額外比容量的來源尚不清晰。本論文研究了含結晶水的二價銅、鎳含氧酸鹽的可控制備及其電化學性能,著重探究了結晶水的存在及界面存儲對鋰離子電池負極材料性能方面的影響,主要內(nèi)容包含如下兩個方面：(1)根據(jù)含結晶水的草酸銅無法通過熱分解的方式脫出結晶水的特點,我們通過共沉淀以及高溫脫水的方法分別制備了含結晶水與不含結晶水的草酸鈷銅,然后將兩者分別與石墨烯進行了復合,得到兩者與石墨烯的復合產(chǎn)物。并將四種物質(zhì)分別作為鋰離子電池負極材料,進行了電化學性能測試,探究結晶水對材料電化學性能的作用。研究結果表明：含結晶水的草酸鈷銅及其與石墨烯的復合物的高倍率儲鋰性能,分別比不含結晶水的草酸鈷銅及其與石墨烯的復合物的情況要優(yōu)越的多,說明結晶水的存在對鋰離子電池的高倍率儲鋰性能有促進作用。在1000 mA g-1的電流密度下、經(jīng)過200次可逆充放電循環(huán)后,含結晶水的草酸鈷銅電極的放電比容量為565 mAh g-1.將含結晶水的草酸鈷銅與石墨烯復合后,其可逆儲鋰性能進一步提升,在5000 mA g-1的超高電流密度下、經(jīng)過1000次超長可逆充放電循環(huán),其放電比容量仍高于商用石墨負極,達到388.9 mAhg-1,說明結晶水與石墨烯對草酸鈷銅的高倍率可逆儲鋰行為有一定的協(xié)同增效作用。(2)通過一步溶劑熱法可控制備了含結晶水的玫瑰花狀堿式碳酸鎳中空納米結構,探討了該納米結構形成過程中的結晶水小霧滴的模板作用。將含結晶水的玫瑰花狀堿式碳酸鎳中空納米結構作為鋰離子電池負極,在100 mA g-1小電流密度下,其首次放電容量達1776.9 mAhg-1,隨后放電比容量逐漸降低并在第64次可逆充放電循環(huán)時達到最低值265.4 mAhg-1,此后由于納米結構電極的界面存儲效應越來越明顯,放電比容量逐漸上升并在第171次循環(huán)達到最高值611.3mAh g-1;而在大電流密度下,含結晶水的玫瑰花狀堿式碳酸鎳中空納米結構電極的放電比容量并沒有出現(xiàn)極小值以及隨后的上升趨勢,說明界面存儲現(xiàn)象與充放電電流密度的大小有關系。鑒于界面存儲容量(即高于理論儲鋰容量的額外部分)與活性物質(zhì)的比表面積大小也有關系,我們通過固態(tài)熱分解反應時脫羥基、脫結晶水等構筑具有更大比表面積(115.7 m2 g-1)的中空多孔氧化鎳NiO玫瑰花狀納米結構,發(fā)現(xiàn)該中空多孔氧化鎳NiO納米結構作為鋰離子電池負極時,其界面存儲現(xiàn)象更加顯著。在200 mA g-1電流密度下,中空多孔氧化鎳NiO玫瑰花狀納米結構電極的首次放電比容量為1584.7 mAhg-1(首次庫倫效率為78.2%)。經(jīng)過上百次可逆充放電循環(huán)后,活性物質(zhì)NiO可逆地轉化Ni/Li2O納米復合物,經(jīng)過350次循環(huán)后其可逆儲鋰容量超過首次放電比容量達到2124.8 mAh g-1。根據(jù)電容微分曲線,我們算出了電極在每次可逆充放電循環(huán)中的總的儲鋰容量以及界面存儲容量所占的比例,電極的界面存儲容量逐漸升高表明其贗電容行為越來越明顯。將含結晶水的玫瑰花狀堿式碳酸鎳中空納米結構與其派生的中空多孔NiO玫瑰花狀納米結構的界面存儲行為相對比,驗證了界面存儲容量與比表面積之間的正比關系,這對含結晶水含氧酸鹽在鋰離子電池負極材料方面的潛在應用積累了實驗數(shù)據(jù)。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O611.4;TM912

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1 朱存誠;;衡量無機含氧酸鹽熱穩(wěn)定性的一個新標度[J];荊州師專學報(自然科學版);1990年01期

2 林輝;;試談含氧酸鹽的熱穩(wěn)定性[J];中學化學教學參考;1985年04期

3 劉恩周;;對含氧酸鹽熱分解反應的初步探，

本文編號：1314950