含镍层状双氢氧化物/碳复合电极材料的制备及性能研究

摘要

含Ni层状双金属氢氧化物(LDHs)理论比电容高、储量丰富、价格低廉，是一类重要的电极材料。但是，LDHs导电性差，在实际储能时往往出现性能快速衰减、稳定性差等问题。本文选取三种含镍（Ni-Al、Ni-Co和Ni-Mn）LDHs为研究对象，分别与纳米碳材料复合，原位构筑LDHs包覆碳的核壳结构，作为新型超级电容器电极材料。
　　本研究主要内容包括：⑴用微波辅助法将Ni-Al LDHs与氧化石墨烯(GO)复合制备二维核壳结构的Ni-Al LDHs/GO复合材料，并研究组分比例对形貌、微结构和电化学性能的影响。随后，分别用微波法和热还原法将 GO还原为还原氧化石墨烯(rGO)，研究两种Ni-Al LDHs/rGO复合材料的电容性能。结果表明，Ni-Al LDHs/rGO复合材料的循环稳定性和倍率性能比Ni-Al LDHs/GO优异，热还原法获得的LDHs/rGO性能最佳。并首次以碳纳米管（CNTs）表面生长的γ-Al2O3为铝源，原位生长Ni-Al LDHs，同时对其形貌、结构和电化学性能进行了系统研究。⑵以CNTs为结构支撑，通过共沉淀法在其表面沉积Ni-Co LDHs和Ni-Co羟基氧化物/氧化物，获得一维形态的核壳结构，并通过对其形貌、结构、孔隙率等方面的研究，剖析其良好的倍率性能和稳定性的原因。结果表明复合材料的高比电容、良好的倍率性能和优异的循环稳定性源于复合材料优异的导电性以及核壳结构的稳定性。⑶用共沉淀法合成花状Ni-Mn LDHs，Co-Mn LDHs和NiCoMn LDHs，并将其与rGO复合。探究rGO对复合材料形貌、多孔特征和电化学行为的影响时发现，rGO通过化学键与LDHs纳米片直接相连，有利于电化学反应；rGO可作为内部的结构缓冲层来冲抵循环过程中产生的应变，防止循环过程中出现结构坍塌等问题；LDHs/rGO的多孔网络结构增大了材料的比表面积，为电化学反应提供大量反应活性位，促进离子迁移和氧化还原反应的进行。随后，将Ni-Mn LDHs分别与零维碳黑粒子、一维 CNTs和二维 rGO复合。电化学测试结果表明，三元Ni-Mn LDHs/rGO/CNTs复合材料由于具有特殊的空间结构，电化学性能优于二元 LDHs/碳复合材料。同时还研究了电解液浓度、离子种类对三元 Ni-Mn LDHs/rGO/CNTs电极电化学行为的影响。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器简介

1.3 层状双金属氢氧化物简介及在超级电容器上的应用

1.4本文的研究内容及创新点

第二章 Ni-Al LDHs/碳复合材料的制备及性能研究

2.1引言

2.2 Ni-Al LDHs/rGO复合材料的制备及性能研究

2.3 Ni-Al LDHs/CNTs复合材料的制备及性能研究

2.4 本章小结

第三章 CNTs上包覆Ni-Co氢氧化物/氧化物及性能研究

3.1 引言

3.2 核壳结构Ni-Co LDHs/CNTs的制备及性能研究

3.3 CNTs与CoOOH，(Ni,Co)OOH和NiCo2O4的复合及性能探究

3.4 本章小结

第四章 镍锰体系LDHs/碳复合材料的制备及电化学性能

4.1绪论

4.2 Ni-Co-Mn体系LDHs/rGO分层核壳结构的制备及性能研究

4.3 Ni-Mn LDHs/碳分层核壳结构的制备及性能研究

4.4 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果