高容量电极材料的制备及其电化学性能研究

【摘要】锂离子电池和超级电容器是储能的两个重要方向,它们的电化学性能和能量密度决定着它们今后的道路。然而,目前的储能电极材料一方面在具有高容量的同时,它的电化学循环和倍率容量性能却很差,需要进行改性处理；另一方面电极材料的电化学性能和储能容量和它的形貌有着密切的关系,实现电极材料的形貌最优化制备对提升电极材料电化学性能和能量密度有着重要意义。1.金属氧化物的理论储锂容量比较高,是石墨的2-3倍,但是它的循环性能却很差,需要进行改性处理。可充电锂离子二次电池的电化学性能主要和脱嵌锂电极中Li的固相扩散动力问题以及材料表面特性相关。我们以油酸为碳源,发明了一种新颖的制备氧化镍／碳复合纳米片的技术,这种以油酸为碳源,氧化镍纳米片为前驱体制备的NiO@C复合材料在50次循环后仍然展现出883mAhg-1的可逆容量,大大改善了NiO在充放电过程中的循环衰减问题和倍率问题,制备了一种高能量密度且循环性能优异的锂电负极材料,并在实验中比较了两种不同碳包覆效果对材料的影响,对碳包覆表面改性处理方式的差异提供了重要依据。2.我们研究了羟磷铁锂结构LiFe(PO4)(OH)xF1-x分层微球的形貌-变量的电化学性能,包括壳结构和中空结构的创建。实验结果表明材料的电化学性能会随着其形貌的改变而明显变化。与其它颗粒相比,由纳米棒和多孔微球组成的羟磷铁锂微球表现出优异的电化学性能,这可以归因于锂离子扩散途径被缩短,材料比表面积增大。据我们所知,这是第一次就形貌对可很好定义结构的羟磷铁锂电极材料的电化学活性的影响进行系统的研究。这种易于实现的合成不同形貌羟磷铁锂材料的方法能为进一步研究羟磷铁锂结构LiFe(PO4)(OH)xF1-x形状-变量材料的电化学性能研究提供一个有趣的平台。3.硅是自然界储锂容量最高的,但同时它的循环性能很差。我们从材料结构设计入手,合成了一种柔性外壳包裹弹性内核的核壳结构的石墨烯包裹单颗粒硅纳米结构。通过对纳米硅进行化学修饰,实现纳米硅与氧化石墨烯的自组装,然后采用环保的维生素C(抗坏血酸)在微波辅助下还原氧化石墨烯,形成石墨烯包裹单颗粒纳米硅复合材料。利用石墨烯的高比表面积、良好导电性和多孔结构来抑制硅在脱嵌锂过程中的体积膨胀,提高其电化学性能。通过对它的电化学性能研究和与纯硅性能的对比验证了石墨烯的包覆能有效改善硅的循环性能和倍率性能,为制备高能量密度硅基材料提供了思路。4.为了进一步验证材料的颗粒大小和形貌对储能材料电化学性能的影响,我们利用简单的静电纺丝后空气退火的方法制备出一维(1D)多孔ZnCo2O4纳米管(PNTs)并首次应用于超级电容器(SCs),并与ZnCo2O4纳米颗粒的超电容性能做了系统的对比研究,实验证明这种一维多孔ZnCo2O4纳米管的比容量、循环性能以及倍率性能等明显优于ZnCo2O4纳米颗粒。我们的一系列实验证明通过改变材料的形貌确实可以实现优化电化学性能的目的。
【作者】周钢；
【导师】王太宏；
【作者基本信息】湖南大学，凝聚态物理，2014，博士
【关键词】锂离子电池；超级电容器；氧化镍；羟磷锂铁石；碳包覆；钴酸锌；石墨烯；硅；

【参考文献】
[1]冶建明.乌鲁木齐二道桥历史街区风貌保护研究[D].华中农业大学,园林植物与观赏园艺,2014,硕士.
[2]李飞.中国计算机服务外包的定位和模式研究[D].对外经济贸易大学,工商管理,2004,硕士.
[3]夏红霞,水俊峰,钟珞,马志军.基于SOAP的分布式数据挖掘系统的设计[J].武汉理工大学学报,2003,01:73-76.
[4]李轩辉.过程教学法对提升初中生英语写作能力的研究[D].首都师范大学,学科教学,2013,硕士.
[5]罗丹.异位妊娠患者体质类型与药物治疗效果的相关性研究[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[6]向发云.甘薯体细胞胚胎再生及遗传转化的初步研究[D].西南农业大学,生物化学与分子生物学,2004,硕士.
[7]关旭.新东方教育闽南地区市场营销战略研究[D].吉林大学,工商管理,2012,硕士.
[8]王帅军.北京地区砂卵石相变地层衬砌结构竖向土压力折减分析[D].北京交通大学,岩土工程,2012,硕士.
[9]李宁.营口市重点产业企业用工问题与对策研究[D].大连理工大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[10]牛旭婧.聚丙烯粗纤维对高强混凝土高温后性能影响[D].燕山大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[11]万福才,汪定伟,李彦平.微粒群优化算法在相关新产品组合投入的应用[J].控制与决策,2004,05:520-524.
[12]夏清,孙正运.基于最佳供需匹配及“MW-Mile”的输电定价方法[J].电力系统自动化,2005,24:9-13+54.
[13]韩超.基于小波域相似性度量的图像非局部均值去噪[D].西安电子科技大学,电路与系统,2012,硕士.
[14]王利.《虹》的《圣经》原型意象研究[D].安徽大学,比较文学与世界文学,2013,硕士.
[15]余乐腾.TB公司财务风险和控制研究[D].华中师范大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[16]刘长庚.江汉油田软弱地基容许承载力的理论与实践[J].油田地面工程.1989(03)
[17]周莹.餐饮类网络团购口碑对消费者团购意愿的影响研究[D].重庆工商大学,企业管理,2014,硕士.
[18]董昱威.基于特征提取的纹理图像分割[D].长安大学,地图学与地理信息系统,2014,硕士.
[19]贾晓娟.构建西三角经济圈中的区域政府合作机制研究[D].西北大学,行政管理,2013,硕士.
[20]刘杰.教育发展失衡对人力资本配置的影响研究[D].山东财经大学,企业管理,2013,硕士.
[21]田力.乐亭县政府执行力的提升对策研究[D].燕山大学,公共管理,2014,硕士.
[22]许欢庆,王永成,孙强.基于隐马尔可夫模型的Web网页预取[J].上海交通大学学报,2003,03:404-407.
[23]亓慧.基于卓越绩效准则的公立医院绩效评价研究[D].山东大学,社会医学与卫生事业管理,2014,博士.
[24]周阳.论歌剧《再别康桥》女中音陆小曼的艺术形象与唱段分析[D].中国音乐学院,音乐学,2012,硕士.
[25]高华义.基于微小隐孢子虫病毒衣壳蛋白Dot-ELISA检测方法的建立[D].吉林大学,兽医（专业学位）,2013,硕士.
[26]娄永录.地铁线路设计中几个技术问题的分析与探讨[J].城市轨道交通研究.2003(05)
[27]沈磊.南京市中学体育舞蹈开展现状的调查与分析[D].华中师范大学,体育教学,2013,硕士.
[28]刘力瑜.电影口碑对年轻观众消费意愿的影响实证研究[D].湖南大学,新闻传播学,2013,硕士.
[29]黄荣建.在中学物理教学中加强科学素养培养的研究[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[30]李焱.财政支出项目绩效评价研究[D].天津大学,公共管理,2013,硕士.
[31]徐健辉.基于统计学的延迟时间获取[J].计算机与现代化,2005,01:19-21.
[32]陈卓,田彤,王耀.石墨烯基气体敏感材料的超分子制备[A].中国化学会高分子学科委员会.2014年两岸三地高分子液晶态与超分子有序结构学术研讨会摘要集[C].中国化学会高分子学科委员会:,2014:2.
[33]张庆辉,郝志勇,张焕宇,罗乐.柴油机缸盖罩隔声性能与透射噪声[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2014,09:796-802.
[34]刘朴园.风雅吟情：清中叶才女的自我认同[D].华中师范大学,中国古代史,2013,硕士.
[35]王小东.一维下料及二维数据集匹配优化的研究[D].大连理工大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[36]窦浩容.超宽带探地雷达设计[D].西安工业大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[37]刘卫丽.2008年以来我国影视改编透视与分析[D].重庆工商大学,传播学,2014,硕士.
[38]刘江.激光三角法板材厚度在线测量仪的研究与设计[D].重庆大学,光学工程,2014,硕士.
[39]陈捷.中国女性绘画中的“微场景”研究[D].华中师范大学,美术学,2014,硕士.
[40]谭庆双.基于SVR的混凝土/水泥的配合比对其抗压强度影响规律的研究[D].重庆大学,材料物理与化学,2014,硕士.
[41]陈亚萍.灵武长枣果实糖代谢生理机制的研究[D].宁夏大学,植物学,2014,硕士.
[42]曹龙威.高压绝缘子电场计算与均压环参数优化[D].华中科技大学,电气工程,2013,硕士.
[43]屈利民.荔枝果醋加工工艺研究[D].江西农业大学,微生物学,2012,硕士.
[44]李昱佳.一个科学网站的微博传播[D].复旦大学,新闻学,2012,硕士.
[45]方樱樱.清褚人获《坚瓠集》研究[D].重庆工商大学,中国古代文学,2014,硕士.
[46]杨昌荣,柳哲.平抑贸易顺差出路在加工贸易[J].中国外资.2006(11)
[47]徐婷.校园移动互联网增值业务个性化推荐[D].武汉纺织大学,物理电子学,2014,硕士.
[48]吴刚,白冰,聂庆科.深基坑双排桩支护结构设计计算方法研究[J].岩土力学,2008,10:2753-2758.
[49]甘银华.Boost-TL变换器/NPC-TL逆变器级联系统的研究[D].南京航空航天大学,电力电子与电力传动,2013,硕士.
[50]刘珉典.A Reporting on Translation Internship in Huawei Corporation[D].西安外国语大学,翻译,2013,硕士.