三维有序大孔电极材料的制备及电化学性能研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子电池概述
• 1.2.1 锂离子电池的发展
• 1.2.2 锂离子电池工作原理
• 1.2.3 锂离子电池材料
• 1.2.4 负极材料
• 1.3 三维有序大孔材料
• 1.3.1 三维有序大孔（3DOM）材料简介
• 1.3.2 三维有序大孔电极材料的研究进展
• 1.4 本论文的研究内容和意义
• 第2章 实验试剂及表征方法
• 2.1 主要化学试剂和仪器
• 2.2 材料表征、测试及仪器
• 2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.2 动态光散射（DLS）
• 2.2.3 傅立叶红外（FT-IR）
• 2.2.4 热重（TG）
• 2.2.5 X 射线衍射（XRD）
• 2.2.6 充放电测试
• 2.2.7 交流阻抗测试（EIS）
• 2.2.8 循环伏安测试（CV）
• 2O₄（M=Ni、Zn）制备表征及其电化学性能研究'>第3章 三维有序大孔MFe₂O₄（M=Ni、Zn）制备表征及其电化学性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 聚甲基丙烯酸甲酯胶晶模板的制备
• 2O₄ 的制备'>3.2.2 3DOM NiFe₂O₄的制备
• 2O₄ 的制备'>3.2.3 SS-NiFe₂O₄的制备
• 3.2.4 材料的表征
• 2O₄ 的电化学性能的测试'>3.2.5 3DOM NiFe₂O₄的电化学性能的测试
• 3.3 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶晶模板的表征
• 3.3.1 傅立叶红外分析
• 3.3.2 动态光散射分析
• 3.3.3 扫描电镜分析
• 3.3.4 热重分析
• 2O₄ 合成条件优化'>3.4 3DOM NiFe₂O₄合成条件优化
• 3.4.1 煅烧程序的确定
• 3.4.2 煅烧温度的影响
• 3.4.3 煅烧时间的影响
• 2O₄产品与SS-NiFe₂O₄ 的对比分析'>3.4.4 优化后3DOM NiFe₂O₄产品与SS-NiFe₂O₄的对比分析
• 2O₄ 的初步探索研究'>3.5 3DOM ZnFe₂O₄的初步探索研究
• 3.5.1 热重（TG）分析
• 3.5.2 扫描电镜（SEM）分析
• 3.5.3 X 射线衍射（XRD）分析
• 3.5.4 电化学性能分析
• 3.5.5 循环伏安（CV）分析
• 3.6 本章小结
• 2的制备及其电化学性能研究'>第4章 三维有序大孔LiCoO₂的制备及其电化学性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 PMMA 胶晶模板的制备
• 2 的制备'>4.2.2 3DOM LiCoO₂的制备
• 4.3 3DOM 合成条件优化
• 4.3.1 煅烧程序的确定
• 4.3.2 煅烧温度的确定
• 4.3.3 最优产品的形貌及电化学性能研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果