收藏本站
《上海大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于锰氧化物复合材料的制备及其电化学性能研究

张乾  
【摘要】:锂离子电池作为一种新兴的绿色储能器件,具备高能量密度、高工作电压和良好的循环性能等优点,被广泛应用于社会的很多领域。目前,能量密度低和循环稳定性差成为制约锂离子电池快速发展和广泛应用的主要因素,因而设计开发形貌、尺寸及组份可控的电极材料及其优化是解决上述难题的重要突破点。过渡金属锰基氧化物(如MnO2,Mn3O4,Mn2O3和MnO等)因具有理论比容量高,成本低,电位窗口宽,环境友好等优点,是一类具有重要应用前景的锂离子电池电极材料。但是锰基氧化物存在过渡金属氧化物自身的缺陷,如电子导电性差,充放电过程中结构的不稳定,材料体积变化大等,使得其实际比容量很小,并且循环性能较差,这在很大程度上限制了其实际应用。本文以高性能锂离子电池的开发为研究背景,以锰基氧化物的应用为切入点,通过水热法设计合成了锰基氧化物/石墨烯以及锰基氧化物/二氧化锡纳米复合材料,有效改善了锰基氧化物的倍率性能和循环稳定性,为深入研究锰基氧化物储锂性能奠定基础。具体研究内容如下:(1)首先利用改性Hummers法制备出氧化石墨烯,然后以一水合硫酸锰和氧化石墨烯为前驱体,通过水热法制备出具有三维网络结构的四氧化三锰/还原氧化石墨烯复合材料,并结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)等技术手段对产物的形貌和成分进行表征和分析。电化学测试结果表明,该类材料作为锂电子电池负极材料时,具有高可逆比容量、高倍率性能和良好的循环稳定性。在0.1A/g的电流密度下,经过100次循环,放电比容量为546.9 mAh/g,保留了初始放电比容量的37.1%。此外,研究还发现锰前驱体与氧化石墨烯的质量比(mMn/mGO)对复合材料的形貌以及电化学性能有较大的影响。以上结果表明,石墨烯的负载不仅可有效提高锰基氧化物的导电性,而且两者之间形成的独特三维网络结构也为电子和锂离子的传输提供了有效的三维途径,进而提升了锰基氧化物的倍率性能和循环稳定性。(2)采用两步水热法,首先通过水热法合成出三种具有不同形貌的二氧化锰纳米材料,并在此基础上与五水四氯化锡进一步水热反应,制备出具有多级结构的二氧化锰/二氧化锡复合材料。结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等技术手段对产物的形貌和成分进行表征和分析。当被用于锂离子电池正极材料时,三种材料都表现出良好的电化学循环性能,其中MnO2/SnO2-3样品的循环性能相对最好,在0.1A/g的电流密度下100次循环后的放电比容量仍能保持在81.2mAh/g,保留了初始放电比容量的67.8%。实验结果表明,二氧化锡的包覆不仅能够提高二氧化锰电极的导电性,而且可以减缓二氧化锰纳米颗粒的聚结。同时,复合材料所营造的疏松内部空间,为离子的传输和电解液的扩散提供通道,进而有效改善了因体积膨胀而导致的性能降低。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB332;TM912

免费申请
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 伍凌;王志兴;李新海;李灵均;郭华军;郑俊超;王小娟;;Electrochemical performance of Ti~(4+)-doped LiFePO_4 synthesized by co-precipitation and post-sintering method[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2010年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何伟东;梁亚春;刘净纳;谈超;饶高峰;;一种高效低成本的工业合成LiFePO_4优化方法[J];电子科技大学学报;2016年04期
2 王山;杨海涛;张立博;许洪亮;石丽丽;;Electrochemical Behavior of La-doped LiFePO_4/C Cathode Materials for Lithium Ion Batteries[J];过程工程学报;2015年03期
3 王接喜;王志兴;沈力;李新海;郭华军;唐维佳;朱振国;;锂离子电池用LiVPO_4F/C基正极材料的制备和性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年06期
4 汤昊;谭龙;许军;;掺铝氧化锌包覆LiFePO_4的合成与性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2013年02期
5 王玲;高朋召;李冬云;黄诗婷;肖汉宁;;锂离子电池正极材料的研究进展[J];硅酸盐通报;2013年01期
6 左晶;王文静;王震;代爱萍;;锌掺杂对LiFePO_4/C电化学性能的影响[J];电池;2012年06期
7 张仕玉;王传宝;王美玲;周飞;;锂离子电池正极材料LiFePO_4改性的研究进展[J];电源技术;2012年08期
8 尹艳红;李少玉;闫琳琳;张会双;杨书廷;;改进的碳热还原法合成LiFePO_4/C材料[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年03期
9 毛超峰;;磷酸铁锂的合成方法和掺杂改性技术[J];浙江化工;2011年10期
10 邱鹏;韩绍昌;白咏梅;;Re~(3+)(Re=La、Nd、Y)掺杂LiFePO_4/C的结构及电化学性能[J];电源技术;2011年07期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘海东;孙俊;毕红;;具有微/纳多孔结构的海胆状NiO的制备及其比容量研究[J];功能材料;2011年03期
2 苏玉长,肖代红,陈鼎,杜若昕;LiMn_2O_4的高温比容量衰减研究[J];广州化学;2000年03期
3 刘欣;赵海雷;解晶莹;汤卫平;潘延林;吕鹏鹏;;锂离子电池高比容量负极用粘结剂[J];化学进展;2013年08期
4 刘芳,周震涛,雷鸣,应晓,杨洪业,潘慧铭;(NH_4)_2S_2O_8体系聚苯胺的合成及其比容量的研究[J];塑料工业;1996年06期
5 卢俊彪,唐子龙,张中太,沈万慈;LiFePO_4材料的制备与电池性能的研究[J];无机材料学报;2005年03期
6 ;硫纳米森林做电极创电池质量比容量纪录[J];功能材料信息;2012年04期
7 ;高比容量形截面长丝[J];合成纤维;1978年06期
8 赵瑞瑞;朱利敏;钱江锋;杨汉西;;苯胺-邻硝基苯胺共聚物——高比容量锂二次电池新型正极材料[J];电化学;2012年04期
9 吴宁宁;宋文娥;安富强;刘建红;田文怀;;Al离子掺杂对LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_4高电压材料性能的影响[J];材料热处理学报;2012年04期
10 刘荣江;屈瑶;王维坤;王安邦;余仲宝;韩敏芳;;二次锂电池用含硫复合材料的研究进展[J];稀有金属材料与工程;2012年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 怀永建;林子吉;胡学步;邓正华;索继栓;;一种活性炭比容量的测试[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
2 梁逵;叶江海;胡军;;炭材料对锂硫电池正极比容量的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
3 张秋美;邓远富;施志聪;陈国华;;高比容量过渡金属氧化物负极材料的合成及电化学性能[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年
4 曾绍忠;;高比容量硅基负极材料研究进展[A];2012安徽省汽车工程学会年会论文集[C];2012年
5 王接喜;王志兴;李新海;郭华军;;富镍高容量锂离子电池正极材料研究进展[A];第29届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2011年
6 朱丁;刘恒;;球壳型V_2O_5的制备及电池材料性能研究[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 记者 李山;硫纳米森林做电极创电池质量比容量纪录[N];科技日报;2012年
2 记者 喻凯芳;维科成功研发高比容量聚合物锂电池[N];宁波日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙开莲;二次锂电池正负极材料制备与性能研究[D];上海大学;2015年
2 邱磊;聚阴离子纤维素盐在锂电池材料上的应用研究[D];北京理工大学;2015年
3 张峥;正硅酸盐锂离子电池正极材料Li_2FeSiO_4/C的制备及改性研究[D];电子科技大学;2015年
4 袁天执;高性能金属氧化物基锂离子电池负极材料的制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2016年
5 杨旭;高比容量锡基负极材料的合成与电化学储能性质的研究[D];吉林大学;2016年
6 程斌;锂/钠离子电池电极材料磷酸钒锂/钠的制备及表征[D];中国科学技术大学;2016年
7 曾令兴;新型介孔复合纳米结构储能材料及其性能研究[D];福州大学;2014年
8 杜飞虎;高容量锂离子电池负极材料的制备及性能研究[D];上海交通大学;2015年
9 邹崴;钠/锂离子电池负极材料的制备与改性研究[D];电子科技大学;2016年
10 刘全兵;锂离子电池正极材料的制备及其性能研究[D];华南理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李蒙;镍—钴—锰基氢氧化物材料的制备及其超级电容性能研究[D];郑州大学;2015年
2 万忠明;多级微球结构二硫化钼/碳的制备及储锂性能研究[D];苏州大学;2015年
3 高金龙;锂离子电池负极材料TiNb_2O_7的制备及掺杂改性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 彭振桓;高比容量锂硫电池正极硫@导电复合材料的制备与电化学研究[D];上海大学;2015年
5 朱林;基于碳/硫复合正极材料高性能锂硫电池研究[D];曲阜师范大学;2015年
6 王继伟;自支撑氧化钴纳米结构锂离子电池负极材料研究[D];苏州大学;2015年
7 周震芳;多孔氮掺杂炭基纳米材料的制备及其电化学性能研究[D];青岛科技大学;2015年
8 方泽炜;过渡金属氧化物/纳米碳的制备及其储锂性能研究[D];天津大学;2014年
9 蔡文龙;高稳定性、高容量锂硫电池的研究[D];浙江大学;2016年
10 姜颖;基于超顺排碳纳米管的锂硫电池研究[D];清华大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026