过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能的研究.pdf

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1、分类号：密级：学号：2015201003单位代码：10759石河子大学硕士学位论文过渡金属氧化物锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能的研究学位申请人韩志松指导教师王刚(教授)申请学位门类级别工学硕士学科、专业名称化学工程研究方向功能材料所在学院化学化工学院中国·新疆·石河子2018年6月TheFabricationofTransitionMentalOxideAnodeMaterialsforLithium-ionbatteriesandElectrochemicalPerformanceADissertationSubmit

2、tedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByHanZhisong(Chemicalengineering)DissertationSupervisor:professorWanggangJune,2018摘要随着化石能源日益匮乏，以及汽车尾气带来的环境污染日趋严重，新能源汽车的使用越来越受到人们的青睐。锂离子电池(LIBs)作为新能源汽车的动力源，受到人们的广泛关注。目前商业化锂离子电池

3、的负极材料为石墨碳材料，但是石墨碳基锂离子电池能量密度低，续航能力比较差，这些问题限制了锂离子电池的发展。随着研究的深入，研究者发现过渡金属氧化物具有较高的理论比容量，并且其价格低廉、来源广泛，这些优势使其成为最有可能取代商业化石墨碳的锂电负极材料之一。但是过渡金属氧化物用作电极材料具有导电性差、体积膨胀等问题，这些问题严重影响了其循环稳定性和使用寿命。针对这些问题科研工作者们做了大量的研究，发现采用碳包覆等方式可以提高金属材料的电化学性能。基于以上的研究思路，本文以过渡金属氧化物为研究对象，从三个方面对过渡金属氧化物进行了新的

4、设计研究。(1)通过水热法制备了花状的NiO/ZnO锂离子电池负极材料，为了研究该材料的形成机理,测试了不同反应时间材料的FESEM图谱。最后发现反应9h得到的材料具有良好的花状-1-1结构，并且具有较好的电化学性能。在0.1Ag的电流密度下，该材料保持了1067mAhg-1的放电比容量，经过150次循环之后其容量依然保持比较高的水平(930mAhg)。同时，当-1-1-1-1-1电流密度分别为1Ag，2Ag，5Ag时，其对应比容量为596mAhg，494mAhg，389-1mAhg。(2)为了提高过渡金属氧化物的导电性和稳定性

5、，通过共沉淀和溶剂热相结合的方法制备了碳包覆的多孔NiMn2O4/CoMn2O4(NMCO@C)复合材料。经过碳包覆后的材料稳定性有-1-1了很大的提高。NMCO@C材料在0.1Ag的电流密度下保持了1240mAhg比容量，第二-1圈的比容量依然保持在970mAhg左右，虽然第一次的库伦效率为78%，但是该材料表现-1出了良好的循环稳定性。在经过350次循环后，其放电比容量保持在900mAhg。同时，-1该电极材料在大电流密度下也表现出良好的稳定性，在2Ag的电流密度下循环350周之后-1容量基本没有衰减，保持在280mAhg。

6、(3)微米尺寸过渡金属氧化物电极材料由于较高的体积能量密度和简便的制备方法，受到研究者的青睐，但是仅仅在外层包覆一层碳层不能很好改善其稳定性和导电性，所以提高材料内部导电性是很有必要。用一锅法制备了内外双碳导电网络的(Mn3O4/CNTs@rGO)电极-1材料，Mn3O4/CNTs@rGO表现出优异的电化学性能。在较低的电流密度下(0.1Ag)循环150-1-1周之后,容量保持在1015mAhg。而且，倍率性能优越，在10Ag的大电流密度下循环150-1周后容量保持在397mAhg。关键词：锂离子电池；负极材料；混合过渡金属氧化

7、物；碳包覆。IAbstractWiththedecreaseofthefossilenergyandtheincreasinglyserioushealthproblemsthatenvironmentpollutionbroughttohuman,theuseofnewenergyvehiclesisbecomingmoreandmorepopular.LithiumionBattery(LIBs)iswidelyconcernedasthepowersourceofnewenergyvehicles.Thecommercia

8、lanodematerialoflithiumionbatteryisgraphite.However,thelowenergydensity,poorcruisingpowerlimitthedevelopmentofLIB.Butwiththedevelop