發(fā)布時間：2017-04-23 23:16

  本文關鍵詞：多孔納米氧化銅鋰離子電池負極材料的制備及其電化學性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池由于具有輸出電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長和綠色無污染等優(yōu)點,已廣泛應用于各類便攜式電子設備,同時作為動力電池逐漸向電動汽車領域拓展,并在新能源儲存和轉換方面具有廣闊的應用前景。但是,目前商業(yè)化的鋰離子電池主要以石墨為負極,理論比容量低,將不能滿足飛速發(fā)展的高性能應用需求。金屬氧化物因其比容量高、儲量豐富和綠色環(huán)保等優(yōu)點成為潛在的石墨替代型負極材料。但是,儲存鋰過程中較大的體積膨脹以及本征導電性差等問題,一直制約著金屬氧化物負極材料的電化學性能。多孔電極材料具有高比表面積和多孔隙結構等特點,有利于Li+的擴散、電荷的傳輸和體積膨脹的釋放,將顯著提升金屬氧化物負極材料的電化學性能。本論文以典型的金屬氧化物CuO為研究對象,基于多孔電極材料的結構優(yōu)勢,開發(fā)了幾種新的氫氧化物熱分解、碳酸鹽輔助水熱和復合碳酸鹽高溫熱分解技術,設計和制備了不同多孔CuO納米材料,并結合氧化石墨烯、四氧化三鈷復合修飾,優(yōu)化CuO鋰離子電池負極材料的電化學性能。論文的主要研究工作如下：(1)基于氫氧化物的介穩(wěn)性,開發(fā)了一種以干燥介質調控氫氧化銅自組裝,可控制備CuO多孔結構和納米晶自組裝結構的簡便方法,提升了CuO負極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。以Cu(OH)2納米棒為前驅體,通過干燥介質水和乙醇的干預調控并結合后續(xù)熱處理成功制備了多孔CuO納米片和納米晶自組裝CuO納米棒,作為鋰離子電池負極材料時都表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性,多孔CuO納米片在67.4mAg-1電流密度下循環(huán)150次后,可逆比容量為576 mAh g-1。(2)基于Cu2(OH)2CO3的化學活性,開發(fā)了一種簡便、靈活的碳酸鹽輔助水熱法,一步實現(xiàn)碳酸鹽納米顆粒的自堆積、熱分解以及奧氏熟化過程制備多孔CuO微球。以Cu2+與Na2CO3共沉淀合成的Cu2(OH)2CO3納米顆粒為前驅體,經水熱處理合成了直徑為1.5Φ2.5μm的多孔CuO微球,采用控制溶液離子強度方法引入氧化石墨烯復合修飾,獲得電化學性能優(yōu)異的CuO/GO復合結構：在電流密度0.5 C下循環(huán)500次后可逆比容量為500 mAhg-1,容量保持率達80.0%,循環(huán)1000次后比容量為420 mAhg-1,即使在高倍率4C下其比容量依然保持為354mAhg-1。(3)針對不同金屬氧化物間的協(xié)同儲鋰效應,開發(fā)了一種基于不同碳酸鹽協(xié)同自組裝效應的復合碳酸鹽前驅體高溫熱分解法,成功制備了多孔CuO/Co3O4復合分級結構,顯著提高了CuO負極的儲鋰比容量。以CuCl2·2H2O為銅源,Co(NO3)2·6H2O為鈷源,NaHCO3為沉淀劑,在水熱條件下實現(xiàn)不同比例COCO3與Cu2(OH)2CO3間的協(xié)同自組裝合成了(Cu, Co)2(OH)2CO3前驅體,經過高溫熱分解獲得不同多孔CuO/Co3O4復合電極材料,其中以Cu:Co摩爾比1：6復合的電極具有優(yōu)異的電化學性能,在電流密度200 mAg-1下,循環(huán)500次后比容量為1056 mAhg-1,容量保持率高達111.2%。
【關鍵詞】：鋰離子電池 氧化銅 多孔結構 共沉淀法 水熱法 電化學性能
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ131.21;TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-36
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鋰離子電池概述13-17
• 1.2.1 鋰離子電池的基本結構和工作原理14-16
• 1.2.2 鋰離子電池的主要特點16-17
• 1.3 鋰離子電池負極材料17-23
• 1.3.1 嵌入型負極材料19-20
• 1.3.2 合金化型負極材料20-21
• 1.3.3 轉化型負極材料21-23
• 1.4 多孔電極材料23-33
• 1.4.1 多孔電極材料的特點23-24
• 1.4.2 多孔電極材料的制備方法24-33
• 1.5 本論文選題思路及主要研究內容33-36
• 第二章 實驗內容與測試方法36-42
• 2.1 化學試劑與實驗設備36-37
• 2.1.1 化學試劑36-37
• 2.1.2 實驗設備37
• 2.2 材料測試表征與設備37-42
• 2.2.1 材料基本結構表征37-39
• 2.2.2 材料電化學性能表征39-42
• 第三章 多孔CuO納米片的氫氧化物前驅體法制備及其電化學性能研究42-56
• 3.1 引言42-43
• 3.2 多孔CuO納米片的氫氧化物前驅體法制備43
• 3.2.1 共沉淀法制備Cu(OH)_2納米棒43
• 3.2.2 不同干燥介質調控制備CuO納米片43
• 3.3 多孔CuO納米片形貌結構表征和形成過程分析43-49
• 3.3.1 多孔CuO納米片形貌和結構表征43-48
• 3.3.2 多孔CuO納米片形成過程分析48-49
• 3.4 多孔CuO納米片的電化學性能研究49-54
• 3.5 本章小結54-56
• 第四章 多孔CuO微球及CuO/GO復合結構的碳酸鹽前驅體法制備及其電化學性能研究56-74
• 4.1 引言56-57
• 4.2 多孔CuO微球及CuO/GO復合結構的制備57-58
• 4.2.1 多孔CuO微球的制備57
• 4.2.2 CuO/GO復合結構的制備57-58
• 4.3 多孔CuO微球及CuO/GO形貌結構表征和形成過程分析58-67
• 4.3.1 多孔CuO微球及CuO/GO復合結構形貌結構表征58-62
• 4.3.2 多孔CuO微球及CuO/GO復合結構形成過程分析62-67
• 4.4 多孔CuO微球及CuO/GO復合結構的電化學性能研究67-73
• 4.5 本章小結73-74
• 第五章 多孔CuO/Co_3O_4復合結構的碳酸鹽前驅體法制備及其電化學性能研究74-94
• 5.1 引言74-75
• 5.2 多孔CuO/Co_3O_4復合結構的制備75
• 5.2.1 (Cu,Co)_2(OH)_2CO_3前驅體的制備75
• 5.2.2 多孔CuO/Co_3O_4復合結構的制備75
• 5.3 多孔CuO/Co_3O_4復合結構的形貌結構表征和形成過程分析75-87
• 5.3.1 多孔CuO/Co_3O_4復合結構的形貌結構表征75-84
• 5.3.2 多孔CuO/Co_3O_4復合結構的形成過程分析84-87
• 5.4 多孔CuO/Co_3O_4復合結構的電化學性能研究87-93
• 5.5 本章小結93-94
• 第六章 結論與展望94-98
• 6.1 結論94-96
• 6.2 展望96-98
• 參考文獻98-108
• 致謝108-110
• 個人簡歷110-112
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果112

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