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三维有序大孔电极材料的制备及电化学性能研究

作　者: 张天静
导　师: 雷钢铁
学　校: 湘潭大学
专　业: 物理化学
关键词: 锂离子电池 电极材料 胶晶模板法 三维有序大孔
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
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内容摘要


到目前为止,锂离子电池是应用和开发前景最好的电源之一,在便携电子设备中,已经得到广泛的应用。改善和提高锂离子电化学性能,正负极材料是关键。三维有序大孔（ 3DOM ）材料是一类具有反蛋白石结构的特殊材料,具有该结构的电极材料因其特殊的孔道结构和纳米级的孔壁,能够提供更多的Li+嵌入活性位,而且可以缩短Li+扩散路径,从而减少电荷转移阻抗,减少电极极化,提高材料的倍率性能。所以制备三维有序大孔电极材料是一种较好的改性方法。本论文通过胶晶模板法制备了3DOM NiFe2O4锂离子电池负极材料,并对其高温煅烧阶段的各项参数,如煅烧时间和温度等因素对材料形貌、结构、电化学性能的影响做了较为深入的探讨。并将优化制备条件后得到的3DOM NiFe2O4和同等条件下固相法合成的SS-NiFe2O4进行对比,结果显示,3DOM NiFe2O4具有较高的比容量和较优的循环性能,首次放电容量达到1370 mAh/g,循环20周后,放电比容量趋于稳定,放电可逆容量约为660 mAh/g,远远高于石墨材料的可逆容量。用类似的方法制备了3DOM ZnFe2O4负极材料,并对其结构、微观形貌和电化学性能进行了初步的研究。该活性材料首次放电容量较高,为1088 mAh/g,但是由于杂质的存在以及煅烧条件未优化的原因,其循环性能不够好,50次循环后仅为210 mAh/g运用胶晶模板法制备了3DOM LiCoO2正极材料,探讨了煅烧温度对其形貌、结构和电化学性能的影响,并将优化后的3DOM LiCoO2和商业LiCoO2粉体进行对比,3DOM LiCoO2在1C、2C和5C倍率下,特征放电容量分别为151、126和90 mAh/g,具有较高的容量和较优的倍率性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 前言  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 锂离子电池概述  10-17
    1.2.1 锂离子电池的发展  10-11
    1.2.2 锂离子电池工作原理  11
    1.2.3 锂离子电池材料  11-14
    1.2.4 负极材料  14-17
  1.3 三维有序大孔材料  17-20
    1.3.1 三维有序大孔（3DOM）材料简介  18-19
    1.3.2 三维有序大孔电极材料的研究进展  19-20
  1.4 本论文的研究内容和意义  20-22
第2章 实验试剂及表征方法  22-26
  2.1 主要化学试剂和仪器  22-23
  2.2 材料表征、测试及仪器  23-26
    2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）  23
    2.2.2 动态光散射（DLS）  23
    2.2.3 傅立叶红外（FT-IR）  23
    2.2.4 热重（TG）  23-24
    2.2.5 X 射线衍射（XRD）  24
    2.2.6 充放电测试  24
    2.2.7 交流阻抗测试（EIS）  24
    2.2.8 循环伏安测试（CV）  24-26
第3章 三维有序大孔MFe_2O_4（M=Ni、Zn）制备表征及其电化学性能研究  26-49
  3.1 引言  26-27
  3.2 实验部分  27-28
    3.2.1 聚甲基丙烯酸甲酯胶晶模板的制备  27
    3.2.2 3DOM NiFe_2O_4 的制备  27-28
    3.2.3 SS-NiFe_2O_4 的制备  28
    3.2.4 材料的表征  28
    3.2.5 3DOM NiFe_2O_4 的电化学性能的测试  28
  3.3 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶晶模板的表征  28-31
    3.3.1 傅立叶红外分析  28-29
    3.3.2 动态光散射分析  29-30
    3.3.3 扫描电镜分析  30
    3.3.4 热重分析  30-31
  3.4 3DOM NiFe_2O_4 合成条件优化  31-43
    3.4.1 煅烧程序的确定  31-32
    3.4.2 煅烧温度的影响  32-35
    3.4.3 煅烧时间的影响  35-37
    3.4.4 优化后3DOM NiFe_2O_4 产品与SS-NiFe_2O_4 的对比分析  37-43
  3.5 3DOM ZnFe_2O_4 的初步探索研究  43-48
    3.5.1 热重（TG）分析  44
    3.5.2 扫描电镜（SEM）分析  44-45
    3.5.3 X 射线衍射（XRD）分析  45-46
    3.5.4 电化学性能分析  46-47
    3.5.5 循环伏安（CV）分析  47-48
  3.6 本章小结  48-49
第4章 三维有序大孔LiCoO_2的制备及其电化学性能研究  49-58
  4.1 引言  49
  4.2 实验部分  49
    4.2.1 PMMA 胶晶模板的制备  49
    4.2.2 3DOM LiCoO_2 的制备  49
  4.3 3DOM 合成条件优化  49-57
    4.3.1 煅烧程序的确定  49-50
    4.3.2 煅烧温度的确定  50-54
    4.3.3 最优产品的形貌及电化学性能研究  54-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章 总结与展望  58-59
参考文献  59-66
致谢  66-67
在学期间发表的学术论文与研究成果  67

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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