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氧化镍/可膨胀石墨作为可充电电池负极材料的制备及电性能研究

刘亚萌  
【摘要】:能源与人类社会的生存和发展戚戚相关,当今时代,能源发展正面临着巨大的挑战。随着电动汽车和混合动力汽车的发展,对可充电电池的要求也越来越高。对锂离子电池和钠离子电池来说,传统的负极材料如今在一定程度上限制了电池性能的进一步提升,因此寻找更多优势的负极材料迫在眉睫。氧化镍由于其成本低、环境友好和高的理论容量,有希望成为下一代可充电电池负极材料的备选之一。本课题从镍基材料出发,以设计简单的合成方法又能提高电化学性能为出发点展开实验。本文利用球磨法降低材料的尺寸,使得氢氧化镍原料分别与一水合柠檬酸、羧甲基纤维素、阿拉伯树胶粉和可膨胀石墨四种不同碳源混合均匀,经过煅烧后得到NiO-C复合材料,然后通过XRD、Raman、TGA、N_2-吸附/脱附、SEM、TEM、XPS等对材料进行形貌和结构的表征,通过恒电流充放电、CV、EIS等进行电性能测试。结果表明,可膨胀石墨作为碳源制备的复合材料(NiO-C-4)性能最优。贝壳状的NiO-C-4电极材料在室温200 mA g~(-1)的电流密度下经过50圈循环后,放电容量保持977.5 mAh g~(-1)。在-25oC和100 mA g~(-1)的电流密度下循环50圈后,可逆容量保持在195.0 mAh g~(-1)。在85oC和1000 mA g~(-1)的电流密度下经过50次循环,可逆容量维持在440.6 mAh g~(-1)。将锂离子电池性能表现最优的NiO-C-4复合材料制备成钠离子电池,研究其性能,实验结果表明,虽然Na~+拥有高于Li~+约25%的半径尺寸,很难嵌入到材料中,钠离子移动速度和反应速率也略低,但NiO-C-4钠离子电池负极材料在200 mA g~(-1)的电流密度下循环30圈,放电容量为430.3 m Ah g~(-1),循环50次后仍稳定在398.5 mAh g~(-1)。探究球磨和煅烧先后顺序以及不同碳含量对氧化镍电性能的影响,通过测试发现NiO-C-4性能最好。


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