發(fā)布時間：2017-11-06 07:31

  本文關(guān)鍵詞：水滑石前體法復(fù)合金屬氧化物的可控制備及其儲鋰性能研究

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【摘要】：能源問題是世界各地共同關(guān)注的熱點和焦點難題。高效、環(huán)保的鋰離子電池已成功應(yīng)用在移動便攜式電子設(shè)備、電動汽車等諸多領(lǐng)域。然而對鋰電性能起至關(guān)重要作用的負(fù)極材料(商業(yè)化石墨)在反復(fù)充放電過程中存在可逆容量低的弊端,而過渡金屬氧化物通常具有較高的比容量,可以彌補(bǔ)石墨低可逆容量的缺點,因此成為近年來的研究重點。然而,單一組分的過渡金屬氧化物通常存在循環(huán)穩(wěn)定性差、顆粒團(tuán)聚嚴(yán)重等缺點,而通過與高導(dǎo)電性碳和電化學(xué)非活性金屬氧化物的復(fù)合,是一種有效解決上述問題的途徑。但是,傳統(tǒng)的制備方法過程通常較為復(fù)雜,因此,通過簡單高效的方法合成可協(xié)同提高儲鋰性能的復(fù)合負(fù)極材料具有一定的挑戰(zhàn)性。水滑石作為一類新型復(fù)合功能型層狀材料,最近幾年在眾多領(lǐng)域的理論研究和實踐應(yīng)用方面迅猛發(fā)展。本文利用高溫?zé)峤馐侄翁幚硭�滑石類化合物前體,成功合成兩種復(fù)合金屬氧化物材料(CoO/Co3O4/N-C/Al203、 Co2SnO4/CO3O4/Al2O3/C),可以顯著提高鋰離子電池負(fù)極電化學(xué)性能。論文的核心內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：(1) COO/CO3O4/N-C/Al2O3復(fù)合物的制備及其儲鋰性能研究：通過成核-晶化隔離法制備出CoAl-LDH前體,將其與三聚氰胺按1:3物理混合研磨得到CoO/Co3O4/N-C/Al2O3納米復(fù)合材料。該復(fù)合材料與mCoO/Co3O4和mCoO/Co3O4/Al2O3在作為鋰離子電池負(fù)極材料時相比,具備較高的可逆充電比容量、較長的循環(huán)壽命及較穩(wěn)定的倍率性能。其電化學(xué)性能的改善關(guān)鍵源自于如下特征：(i)雙活性組分CoO/Co3O4的協(xié)同效應(yīng)有利于提高可逆容量;(ii)摻雜有氮元素的碳基底有利于提高導(dǎo)電性；(iii)N摻雜的C和非活性Al203可以緩沖循環(huán)過程中引起的體積膨脹；(iv)水滑石層板離子的限域效應(yīng)導(dǎo)致活性與非活性組分之間均勻分散。(2)Co2SnO4/Co3O4/Al2O3/C復(fù)合物的制備及其儲鋰性能研究：由于水滑石層間的陰離子具有可調(diào)變性,可以用陰離子型月桂酸鈉鹽(LA-)替代碳酸根(C032-)插層到水滑石CoAlSn-LDH層間,合成出CoAlSn-LA--LDH前體, 經(jīng)過惰性氣氛和氧化氣氛分步焙燒后得到Co2SnO4/Co3O4/Al2O3/C納米復(fù)合材料。電化學(xué)性能測試結(jié)果表明該復(fù)合物在電流密度100 mA g-1時循環(huán)100次比容量能夠保持在1170 mA hg-1。 Co2SnO4/Co3O4/Al2O3/C復(fù)合物的優(yōu)勢在于：(i)雙活性Co2SnO4/Co3O4在充放電過程中多電子轉(zhuǎn)換反應(yīng)和合金化反應(yīng)同時發(fā)生,使可逆容量顯著提高；(ii)微量非活性Al203在不影響比容量的前提下有助于提高活性組分分散性,同時與高溫?zé)峤庾赃�原生成的導(dǎo)電性碳起到緩沖充放電過程應(yīng)力變化的作用。此外,通過調(diào)節(jié)水滑石層板陽離子以及層間陰離子的種類和數(shù)量,可以將此合成方法擴(kuò)展到制備其他復(fù)合氧化物、硫化物或磷化物。這些復(fù)合材料在鋰離子電池領(lǐng)域當(dāng)中具有很好的發(fā)展?jié)摿Α?br/> 【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332

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本文編號：1147919