本文主要研究内容
作者闫春爽（2019）在《新型钴基负极材料的制备及储锂性能研究》一文中研究指出：锂离子电池因其能量密度大、工作电压高、循环性能好等优点,被大规模地应用于电动汽车、便携式电子设备和智能电网中间歇能源的存储。然而,传统石墨碳负极材料的容量和快速充放电的能力已经达到瓶颈。为了满足电动汽车等对锂离子电池日益增长的需求,设计稳定性能好、倍率性能高的负极材料迫在眉睫。过渡金属氧化物作为高容量负极材料的典型代表,得到了科研工作者们的广泛关注。但是,过渡金属氧化物材料自身所存在的缺点,如导电性差、首次库伦效率低、体积效应等限制了它们的实际应用。通过构筑特殊结构的过渡金属氧化物可以在一定程度上使材料获得独特的性质,进而提高其电化学性能。与此同时,研究过渡金属氧化物的形成机理可以为了解和构筑特殊结构的材料提供新思路。本论文以过渡金属氧化物Co3O4作为研究对象,通过一系列改性手段制备具有不同结构的Co3O4电极材料以提高其储锂性能。通过非均相熔融盐方法设计合成CoOx@GCS（?）Co（GCS:Graphitic Carbon Sheet,石墨碳纳米片）负极材料,利用熔融盐的强极化力促使碳材料和钴基材料之间形成较强的键合作用。对该复合物的形成机理进行研究,并将该方法推广至其它过渡金属磷化物/碳复合材料的合成。探讨各组分和桥连键对钴氧化合物储锂性能的影响,实验及理论计算表明,桥连键的引入能够有效地提高电子的传输速率,使得复合物的倍率性能得到很大的提升。CoOx@GCS（?）Co表现出优异的锂离子储存性能,是单相Co3O4的5倍。在高电流密度10Ag-1的条件下充放电,其容量仍高达713mAhg-1。通过静电纺丝结合溶剂热方法,以poly（acrylonitrile）nanofibers（PAN NFs）作为模板和碳源,设计合成C-doped Co3O4 hollow nanofibers（HNFs）负极材料。采用相同的方法,在氨气的气氛下煅烧制备C/N co-doped Co3O4HNFs。利用XPS,FT-IR,TG和TEM等测试验证了元素掺杂和空心结构的构筑。通过一系列对比实验,研究一维空心结构及掺杂的形成机理。DFT理论计算表明,碳掺杂会引起Co3O4的能带离域性变大,进而从本征上提高Co3O4的电子电导率。当碳和氮同时被引入Co3O4时,其能带离域性变得更大。以上两种非金属掺杂可以有效地提高材料的倍率性能;此外,空心结构可以缓解在充放电过程中所发生的体积膨胀,有效地提高材料的循环稳定性。通过对前驱体进行大尺寸草酸根离子掺杂以破坏材料结构的周期性,在经后处理煅烧得到由小于10 nm颗粒组成的C-doped Co3O4HNTs。利用XPS,FT-IR,XRD和TEM等测试验证了元素掺杂,空心结构和小尺寸颗粒的构筑。通过对比实验,研究空心结构、掺杂和小尺寸的形成机理。小尺寸可以缩短锂离子的传输路径,提高锂离子的传输速率。DFT理论计算表明,碳的引入可以在局部产生内建电场,有利于锂离子的传输。以上优异的特性能够有效地提高材料的电化学性能。将所合成的材料组装成全电池测试,在1Ag-1的电流密度下循环1200次后,容量仍高达765 mAhg-1。通过具有层错的前驱体诱导合成刃型位错修饰的Co3O4纳米片,TEM等测试表明该纳米片暴露活性较高的{011}晶面。通过对比实验,探讨刃型位错的形成机理,并研究刃型位错及不同暴露晶面对氧化钴储锂性能的影响。实验发现,刃型位错的引入有利于缓解材料在充放电过程中的体积膨胀,并同时为锂离子的传输提供新的通道,从而使得材料的倍率性能和循环稳定性得到很大的提升。刃型位错修饰的Co3O4纳米片表现出优异的锂离子储存性能,在1 A g-1的电流密度循环200次后,容量仍高达1142mAh g-1,显著的优于无刃型位错修饰的Co3O4纳米片和暴露{112}晶面的纳米片。选用具有双羧基共轭结构的草酸钴离子作为插层离子,通过溶剂热方法构筑层间插有草酸钴离子的Co（OH）2纳米片。XRD,XPS,FT-IR,TEM等测试表明,草酸钴离子插层后的Co（OH）2层间距变大,纳米片表面出现纳米孔且发生晶格扭曲,有利于锂离子的传输,为充放电过程中所发生的体积膨胀提供缓冲空间。通过溶胶凝胶的方法制备了层间插有有机基团的Co（OH）2,经煅烧后处理得到相互堆垛的Co3O4纳米片。煅烧后部分有机基团在纳米片间得以保留,从而为构筑锂离子传输的二维纳米流体通道提供必要条件。SAXS,AFM,XPS,TEM等测试表明成功构筑二维纳米流体的。通过对比实验,探讨二维纳米流体通道的形成机理。该通道可以提高锂离子的传输速率,使得Co3O4的电化学性能得以大幅度提高。
Abstract
li li zi dian chi yin ji neng liang mi du da 、gong zuo dian ya gao 、xun huan xing neng hao deng you dian ,bei da gui mo de ying yong yu dian dong qi che 、bian xie shi dian zi she bei he zhi neng dian wang zhong jian xie neng yuan de cun chu 。ran er ,chuan tong dan mo tan fu ji cai liao de rong liang he kuai su chong fang dian de neng li yi jing da dao ping geng 。wei le man zu dian dong qi che deng dui li li zi dian chi ri yi zeng chang de xu qiu ,she ji wen ding xing neng hao 、bei lv xing neng gao de fu ji cai liao pai zai mei jie 。guo du jin shu yang hua wu zuo wei gao rong liang fu ji cai liao de dian xing dai biao ,de dao le ke yan gong zuo zhe men de an fan guan zhu 。dan shi ,guo du jin shu yang hua wu cai liao zi shen suo cun zai de que dian ,ru dao dian xing cha 、shou ci ku lun xiao lv di 、ti ji xiao ying deng xian zhi le ta men de shi ji ying yong 。tong guo gou zhu te shu jie gou de guo du jin shu yang hua wu ke yi zai yi ding cheng du shang shi cai liao huo de du te de xing zhi ,jin er di gao ji dian hua xue xing neng 。yu ci tong shi ,yan jiu guo du jin shu yang hua wu de xing cheng ji li ke yi wei le jie he gou zhu te shu jie gou de cai liao di gong xin sai lu 。ben lun wen yi guo du jin shu yang hua wu Co3O4zuo wei yan jiu dui xiang ,tong guo yi ji lie gai xing shou duan zhi bei ju you bu tong jie gou de Co3O4dian ji cai liao yi di gao ji chu li xing neng 。tong guo fei jun xiang rong rong yan fang fa she ji ge cheng CoOx@GCS（?）Co（GCS:Graphitic Carbon Sheet,dan mo tan na mi pian ）fu ji cai liao ,li yong rong rong yan de jiang ji hua li cu shi tan cai liao he gu ji cai liao zhi jian xing cheng jiao jiang de jian ge zuo yong 。dui gai fu ge wu de xing cheng ji li jin hang yan jiu ,bing jiang gai fang fa tui an zhi ji ta guo du jin shu lin hua wu /tan fu ge cai liao de ge cheng 。tan tao ge zu fen he qiao lian jian dui gu yang hua ge wu chu li xing neng de ying xiang ,shi yan ji li lun ji suan biao ming ,qiao lian jian de yin ru neng gou you xiao de di gao dian zi de chuan shu su lv ,shi de fu ge wu de bei lv xing neng de dao hen da de di sheng 。CoOx@GCS（?）Cobiao xian chu you yi de li li zi chu cun xing neng ,shi chan xiang Co3O4de 5bei 。zai gao dian liu mi du 10Ag-1de tiao jian xia chong fang dian ,ji rong liang reng gao da 713mAhg-1。tong guo jing dian fang si jie ge rong ji re fang fa ,yi poly（acrylonitrile）nanofibers（PAN NFs）zuo wei mo ban he tan yuan ,she ji ge cheng C-doped Co3O4 hollow nanofibers（HNFs）fu ji cai liao 。cai yong xiang tong de fang fa ,zai an qi de qi fen xia duan shao zhi bei C/N co-doped Co3O4HNFs。li yong XPS,FT-IR,TGhe TEMdeng ce shi yan zheng le yuan su can za he kong xin jie gou de gou zhu 。tong guo yi ji lie dui bi shi yan ,yan jiu yi wei kong xin jie gou ji can za de xing cheng ji li 。DFTli lun ji suan biao ming ,tan can za hui yin qi Co3O4de neng dai li yu xing bian da ,jin er cong ben zheng shang di gao Co3O4de dian zi dian dao lv 。dang tan he dan tong shi bei yin ru Co3O4shi ,ji neng dai li yu xing bian de geng da 。yi shang liang chong fei jin shu can za ke yi you xiao de di gao cai liao de bei lv xing neng ;ci wai ,kong xin jie gou ke yi huan jie zai chong fang dian guo cheng zhong suo fa sheng de ti ji peng zhang ,you xiao de di gao cai liao de xun huan wen ding xing 。tong guo dui qian qu ti jin hang da che cun cao suan gen li zi can za yi po huai cai liao jie gou de zhou ji xing ,zai jing hou chu li duan shao de dao you xiao yu 10 nmke li zu cheng de C-doped Co3O4HNTs。li yong XPS,FT-IR,XRDhe TEMdeng ce shi yan zheng le yuan su can za ,kong xin jie gou he xiao che cun ke li de gou zhu 。tong guo dui bi shi yan ,yan jiu kong xin jie gou 、can za he xiao che cun de xing cheng ji li 。xiao che cun ke yi su duan li li zi de chuan shu lu jing ,di gao li li zi de chuan shu su lv 。DFTli lun ji suan biao ming ,tan de yin ru ke yi zai ju bu chan sheng nei jian dian chang ,you li yu li li zi de chuan shu 。yi shang you yi de te xing neng gou you xiao de di gao cai liao de dian hua xue xing neng 。jiang suo ge cheng de cai liao zu zhuang cheng quan dian chi ce shi ,zai 1Ag-1de dian liu mi du xia xun huan 1200ci hou ,rong liang reng gao da 765 mAhg-1。tong guo ju you ceng cuo de qian qu ti you dao ge cheng ren xing wei cuo xiu shi de Co3O4na mi pian ,TEMdeng ce shi biao ming gai na mi pian bao lou huo xing jiao gao de {011}jing mian 。tong guo dui bi shi yan ,tan tao ren xing wei cuo de xing cheng ji li ,bing yan jiu ren xing wei cuo ji bu tong bao lou jing mian dui yang hua gu chu li xing neng de ying xiang 。shi yan fa xian ,ren xing wei cuo de yin ru you li yu huan jie cai liao zai chong fang dian guo cheng zhong de ti ji peng zhang ,bing tong shi wei li li zi de chuan shu di gong xin de tong dao ,cong er shi de cai liao de bei lv xing neng he xun huan wen ding xing de dao hen da de di sheng 。ren xing wei cuo xiu shi de Co3O4na mi pian biao xian chu you yi de li li zi chu cun xing neng ,zai 1 A g-1de dian liu mi du xun huan 200ci hou ,rong liang reng gao da 1142mAh g-1,xian zhe de you yu mo ren xing wei cuo xiu shi de Co3O4na mi pian he bao lou {112}jing mian de na mi pian 。shua yong ju you shuang suo ji gong e jie gou de cao suan gu li zi zuo wei cha ceng li zi ,tong guo rong ji re fang fa gou zhu ceng jian cha you cao suan gu li zi de Co（OH）2na mi pian 。XRD,XPS,FT-IR,TEMdeng ce shi biao ming ,cao suan gu li zi cha ceng hou de Co（OH）2ceng jian ju bian da ,na mi pian biao mian chu xian na mi kong ju fa sheng jing ge niu qu ,you li yu li li zi de chuan shu ,wei chong fang dian guo cheng zhong suo fa sheng de ti ji peng zhang di gong huan chong kong jian 。tong guo rong jiao ning jiao de fang fa zhi bei le ceng jian cha you you ji ji tuan de Co（OH）2,jing duan shao hou chu li de dao xiang hu dui duo de Co3O4na mi pian 。duan shao hou bu fen you ji ji tuan zai na mi pian jian de yi bao liu ,cong er wei gou zhu li li zi chuan shu de er wei na mi liu ti tong dao di gong bi yao tiao jian 。SAXS,AFM,XPS,TEMdeng ce shi biao ming cheng gong gou zhu er wei na mi liu ti de 。tong guo dui bi shi yan ,tan tao er wei na mi liu ti tong dao de xing cheng ji li 。gai tong dao ke yi di gao li li zi de chuan shu su lv ,shi de Co3O4de dian hua xue xing neng de yi da fu du di gao 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自哈尔滨工业大学的闫春爽，发表于刊物哈尔滨工业大学2019-12-07论文，是一篇关于锂离子电池负极材料论文,碳复合论文,空心结构论文,掺杂论文,刃型位错论文,二维结构论文,哈尔滨工业大学2019-12-07论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自哈尔滨工业大学2019-12-07论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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