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新型锂离子电池负极材料CuCrO2及其复合物的制备及性能研究

作　者: 田静
导　师: 朱晓东
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 锂离子电池 CuCrO2负极 CuCrO2/CNTs CuCrO2/GNS 循环性能
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


铜铁矿氧化物广泛应用于光电工业和催化工业。作为金属氧化物材料，依据氧化还原机理，铬铜氧化物CuCrO2可以与4倍的Li发生氧化还原反应，理论嵌锂容量可达726mAh·g-1，是一种非常有潜力的锂离子电池负极材料。本文通过XRD、SEM、TEM等表征方法和充放电循环、循环伏安和交流阻抗等测试手段，首次将CuCrO2作为锂离子电池负极材料进行了可行性研究。首先研究了合成路线对CuCrO2的性能的影响，发现溶胶-凝胶法制备的CuCrO2为微米级颗粒，50次放电循环后容量仅为210mAh·g-1，碳包覆可以有效提高其电化学性能，1C倍率下放电容量保持为296mAh·g-1；而水热法制备的纳米级CuCrO2，均匀性好，循环性能良好，经过150次循环容量保持为304mAh·g-1。加入碳纳米管（CNTs）提高CuCrO2的导电性，同时通过其一维管状结构限域作用为CuCrO2的体积膨胀提供缓冲，稳定了电极的结构，有效地提高了CuCrO2的电化学性能，经过50次循环容量保持为435mAh·g-1。CNTs和石墨烯（GNS）具有良好的导电性、巨大的比表面积和优异的机械性能，将CuCrO2分别与CNTs、GNS复合，采用水热法原位生长制备CuCrO2/CNTs和CuCrO2/GNS两种纳米复合材料。结果显示CuCrO2/CNTs经过70次循环容量保持为740mAh·g-1（0.2C），具有比较高的容量。采用1C倍率放电，经过50次循环容量保持为530mAh·g-1，具有良好的倍率性能，且电极结构稳定。CuCrO2/GNS经过40次循环容量保持为797mAh·g-1（0.2C），随着循环次数的增加，容量衰减较快，第60次循环后容量仍能达到514mAh·g-1，高于传统的石墨类材料和未复合的CuCrO2。其比容量和循环稳定性提高的原因为CNTs和GNS的引入，提高了电极材料的导电性，得到了混合均匀、结合良好的复合结构，从而提高了电极材料的稳定性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-23
  1.1 课题背景及研究目的和意义  9
  1.2 铜铁矿氧化物的研究现状及应用  9-16
    1.2.1 铜铁矿氧化物的结构和性能  9-12
    1.2.2 铜铁矿材料应用现状  12-14
    1.2.3 铜铁矿氧化物的制备方法  14-16
  1.3 CuCrO_2作为锂离子电池负极材料的可行性分析  16-21
    1.3.1 材料特性  16-17
    1.3.2 CuCrO_2作为锂离子电池负极材料的优势和局限性  17-19
    1.3.3 CuCrO_2复合材料的制备  19-21
  1.4 立题依据与研究内容  21-23
第2章 实验材料与测试方法  23-29
  2.1 实验药品及实验仪器  23-24
    2.1.1 实验药品  23
    2.1.2 实验仪器  23-24
  2.2 材料的物理性能表征  24-25
    2.2.1 热分析表征  24-25
    2.2.2 X 射线衍射表征  25
    2.2.3 扫描电子显微镜表征  25
    2.2.4 透射电子显微镜  25
  2.3 测试电池的制备及相关电化学测试  25-27
    2.3.1 粉末电极的制备  25-27
    2.3.2 电池的装配  27
  2.4 材料电化学性能测试  27-29
    2.4.1 循环伏安曲线测试  27-28
    2.4.2 电化学阻抗测试  28
    2.4.3 恒流充放电测试  28-29
第3章 CuCrO_2制备与性能研究  29-53
  3.1 CuCrO_2溶胶-凝胶法制备与性能研究  29-39
    3.1.1 pH 值的影响  29-30
    3.1.2 合成温度的影响  30-34
    3.1.3 保温时间的影响  34-36
    3.1.4 分散剂的影响  36-39
  3.2 CuCrO_2水热法制备与性能研究  39-43
    3.2.1 水热反应制备 CuCrO_2  40-42
    3.2.2 水热反应制备 CuCrO_2的电化学性能  42-43
  3.3 其他方法制备 CuCrO_2与性能研究  43-47
    3.3.1 固相反应法制备 CuCrO_2与电化学性能研究  43-45
    3.3.2 自蔓延法制备 CuCrO_2与电化学性能研究  45-47
  3.4 提高 CuCrO_2电化学性能  47-52
    3.4.1 碳包覆  47-49
    3.4.2 CNTs 作为导电剂  49-52
  3.5 本章小结  52-53
第4章 CuCrO_2复合材料的制备及性能研究  53-67
  4.1 CuCrO_2/CNTs 的制备与性能研究  53-60
    4.1.1 水热反应制备 CuCrO_2/CNTs  53-56
    4.1.2 CuCrO_2/CNTs 的电化学性能研究  56-60
  4.2 CuCrO_2/GNS 的制备及性能研究  60-66
    4.2.1 水热反应制备 CuCrO_2/GNS 及形貌表征  60-62
    4.2.2 CuCrO_2/GNS 电化学性能研究  62-66
  4.3 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-74
攻读学位期间发表的学术论文  74-76
致谢  76

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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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