發(fā)布時間：2016-07-04 02:04

  本文關(guān)鍵詞：鉬、錫基鋰離子電池負極材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學(xué)》 2014年

鉬、錫基鋰離子電池負極材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究

趙新宇  

【摘要】：全球工業(yè)化的快速發(fā)展一方面帶來了能源短缺問題，另一方面加劇了環(huán)境的污染。因此，人們更加地重視使用環(huán)境友好型資源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源材料來降低石油等不可再生資源和環(huán)境污染的壓力。然而，那些可再生綠色能源，包括太陽能、風(fēng)能、潮汐能等，同時存在一個共性的缺點就是不具有連續(xù)性，嚴(yán)重地限制了它們的有效利用。因此，在轉(zhuǎn)換-儲存-使用這個關(guān)系鏈中規(guī)模化的能源儲存設(shè)備對于上述綠色能源有效持續(xù)地利用成為一個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。 在各種能源儲存設(shè)備中，鋰離子電池成為重要的首選儲能器件。它們已經(jīng)在便攜電子設(shè)備、電動車和混合電動車方面得到廣泛應(yīng)用。隨著這些設(shè)備先進技術(shù)的快速發(fā)展，同時也加速了電極材料活性組分的開發(fā)。對于高性能的鋰離子電池，從負極材料的角度來講需要增加可逆存儲容量、提高速率性能和保持平穩(wěn)的循環(huán)能力。但是，目前商業(yè)化鋰離子電池碳負極材料存在比容量低、充放電倍率小等問題，嚴(yán)重地限制了電車和智能設(shè)備使用綠色能源的發(fā)展。針對上述問題，我們設(shè)計制備了多種高比容量的微納結(jié)構(gòu)材料，并對其結(jié)構(gòu)、形貌、組成等進行了表征。通過對材料進行電化學(xué)性能測試，系統(tǒng)地研究了它們的鋰離子存儲性能。本論文工作主要分為以下幾個方面： (1)在沒有使用任何表面活性劑和模板的情況下，利用奧斯特瓦爾德熟化和取向生長機理，制備了新穎的二維納米片層組裝的SnO2中空微球和一維納米棒組裝成的核殼連壁結(jié)構(gòu)MoO2微膠囊材料。兩種材料集成了三個重要的結(jié)構(gòu)特點：無碳、中空腔和多孔殼。因為上述材料具有如此特殊微觀形貌，當(dāng)把兩種材料分別作為鋰離子電池負極進行電化學(xué)性能測試時，兩種材料在高倍率充放電條件下都能得到較高的比容量。 (2)制備了一種納米片連接結(jié)構(gòu)的中空SnO2微管�；�于自犧牲模板策略，使用天然生物質(zhì)棉花作為模板，采用一步無表面活性水熱法制備了中空SnO2微管。該工藝無高溫、酸堿刻蝕等后處理過程。制備的SnO2微管具有中空和多孔的特點，它們可以緩解充放電過程的體積膨脹并且給電解液和離子提供一個快速傳輸?shù)耐ǖ馈Ｗ鳛殇囯x子電池負極，該材料展示了良好的可逆容量和循環(huán)性能。 (3)由于層狀無機納米材料相對體形材料具有較好的電化學(xué)性能，近年來引起了廣泛的關(guān)注。利用水熱法首次合成類石墨烯結(jié)構(gòu)的MoS2三維球形納米粒子。該納米結(jié)構(gòu)是由少層或單層MoS2片層組裝成并錨在碳基質(zhì)中組成。納米片層間距在1.38nm，遠遠高于體形材料的0.62nm間距。如此的層狀結(jié)構(gòu)非常有利于鋰離子的嵌入和脫出。作為負極進行電化學(xué)測試表明該材料具有高的可逆性能、高倍率充放電性能和長循環(huán)充放電能力。在1000mA g-1電流密度下經(jīng)過100次循環(huán)比容量保持在973.8mAh g-1以上。 (4)利用原位自組裝方法在多孔鎳箔基質(zhì)表面生長了新穎的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)SnO2納米片層集成電極材料。制備的材料可以直接作為電極組裝電池使用，，不需要膠黏劑和炭黑等輔助材料。由于納米片層結(jié)構(gòu)的二氧化錫原位生長在鎳箔表面，這樣的材料具有高的電活性表面、超薄的納米片結(jié)構(gòu)、良好的機械性能、短的電子和離子傳輸路徑以及特殊的大孔結(jié)構(gòu)，作為負極材料具有優(yōu)良的鋰離子存儲能力。目前的策略為實現(xiàn)過渡金屬集成電極材料無碳和膠黏劑化提供了一個有效的辦法。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM912;O646
【目錄】：

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