金属氧化物（硫化物）碳纤维复合材料的制备及储锂性能研究

摘要

近年来，随着经济的发展和社会的进步，人们对能源的需求日益倍增，锂离子电池由于体积小、质量轻、循环性能好、工作电压宽、自放电小、无记忆效应等优点而受到人们的广泛关注。然而锂离子电池在能量密度和功率密度方面远远不能满足人们的需求，这限制了锂离子电池应用。因此，目前解决这一问题较为有效的方法是在导电基底上生长纳米材料。本文采用水热法在碳纤维上成功生长不同种类的过渡金属氧化物（硫化物），探究它们作为锂离子电池负极材料的优势。研究内容包括以下几点:
　　(1)通过水热反应和后续的热处理成功在碳纤维上制备了NiCo2O4纳米线，并将其直接应用在锂离子电池的负极材料中，NiCo2O4/碳纤维复合材料在200mAg-1电流密度循环时，表现出很高的容量(1408.4mAhg-1)，同时还具有较好的循环稳定性，循环53次后的容量为913mAhg-1。研究结果表明NiCo2O4/碳纤维复合材料具有较大的比表面积。
　　(2)采用溶剂法在碳纤维上生长了Ni-Co前驱体纳米针，随后经过热处理获得NiO-CoO/碳纤维纳米刷复合材料，并进一步深入研究了NiO-CoO/碳纤维纳米刷复合材料的生长机制。NiO-CoO/碳纤维纳米刷表现出良好的电化学性能，因此被用作锂离子电池的负极材料。NiO-CoO/碳纤维纳米刷可逆比容量为692mAhg-1，在200mAg-1电流密度下循环200次后，其比容量达到801mAhg-1，该电极材料具有优秀的倍率性能。这主要归咎于NiO-CoO/碳纤维纳米刷独特的微纳结构，即较好的电子导电碳纤维形成了良好的导电网络，NiO-CoO纳米针直接生长在碳纤维表面上可避免团聚和结构坍塌，同时纳米尺寸的电极材料缩短了离子迁移的距离，多重效应的综合作用使NiO-CoO/碳纤维纳米刷电极材料发挥出良好的储锂性能。
　　(3)采用简单可行的水热法在碳纤维上合成MoS2纳米片，并将其作为锂离子电池负极材料来研究进一步研究MoS2/碳纤维复合材料的电化学性能，该电极材料具有较高的容量743.43mAhg-1（电流密度为200mAg-1），在300次循环后，容量为初始容量的68.54％，表明MoS2/碳纤维复合材料不仅具有较好的循环稳定性，而且具有很好的倍率性能。因此，MoS2/碳纤维复合材料是一种理想的锂离子电池负极材料。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 锂离子电池

1．1．1 锂离子电池的发展

1．1．2 锂离子电池的特性

1．1．3 锂离子电池的工作原理

1．1．4 锂离子电池材料

1．2 过渡金属氧化物复合材料的概况及其储锂性能研究

1．2．1 过渡金属氧化物的储锂性能研究

1．2．2 过渡金属氧化物复合材料的储锂性能研究

1．3 过渡金属硫化物的概况及其储锂性能研究

1．3．1 二硫化钼的储锂性能研究

1．3．2 其他硫化物的储锂性能研究

1．4 论文依据和研究内容

1．4．1 论文依据

1．4．2 研究内容

第2章 NiCo2O4／碳纤维复合材料的制备及其储锂性能研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验设备

2．2．3 电极材料的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 NiCo2O4／碳纤维复合材料的形貌表征和结构分析

2．3．2 NiCo2O4／碳纤维复合材料锂电性能的测试

2．4 本章小结

第3章 NiO-CoO／碳纤维纳米刷的制备及其储锂性能的研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验设备

3．2．3 电极材料的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 NiO-CoO／碳纤维纳米刷的形貌表征

3．3．2 NiO-CoO纳米针的生长过程及形成机理

3．3．3 电极材料锂电性能的测试

3．3 本章小结

第4章 MoS2／碳纤维核壳结构的制备及其储锂性能的研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验设备

4．2．3 电极材料的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 MoS2／碳纤维的形貌表征

4．3．2 电极材料的锂电性能测试

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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