锂离子电池负极材料NiO的合成与电化学性能改善

摘要

随着锂离子电池的广泛应用,锂离子电池负极材料成为了研究的热点。NiO由于其高比容量、无毒、价廉、原料丰富等优点倍受关注,是非常有前景的锂离子电池负极材料。本文主要研究内容是探索制备高容量NiO的方法及改善NiO电极的循环性能。
　　 采用电化学沉积法以镍铵络合物为电解液制备了表面形貌分别为颗粒状、棒状及片状多孔的NiO薄膜。其形貌与电沉积的电流密度大小有关,随着沉积电流密度的减小,薄膜的表面积增加,薄膜的循环稳定性提高。0.1 mA cm-2电流密度下电沉积的片状多孔薄膜循环50次后的容量保持率为49.5％,高于1 mAcm-2电流密度下电沉积的颗粒状薄膜的23.1％。
　　 采用化学浴沉积法以尿素为原料制备了泡沫镍负载NiO球状多孔膜。多孔结构提高了电极的电化学性能。进一步通过电沉积法在NiO膜表面镀镍,制备了球状多孔NiO/Ni复合薄膜。与Ni复合不仅提高了膜的导电性,还能有效维持NiO的球状多孔结构。镀镍后的NiO/Ni膜循环性能明显提高,在2C倍率下循环50次后的可逆容量为506 mAh g-1,容量保持率为90.4％。
　　 采用氨水挥法诱导法制备了泡沫镍负载“三明治”形貌NiO薄膜,并基于扫描电镜和透射电镜观察探索了其形成过程及原理。它的特殊“三明治”层状结构使它具有良好的导电性和结构稳定性,该薄膜在2C倍率下循环50次后的可逆容量为400 mAh g-1,容量保持率为78％。
　　 采用静电纺丝法制备了NiO及NiO/Ag复合纳米线,该纳米线由NiO和Ag的纳米颗粒组成。采用沉淀-水热法制备了NiO和NiO/CNT复合纳米材料,其中NiO为纳米片状结构,连接在纳米碳管上。这些纳米复合材料不仅具有高的比表面积,而且通过与高导电性材料的复合,可提高其导电性能,是具有应用潜力的锂离子电池电极材料。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 锂离子电池的研发意义

1.2 锂离子电池简介

1.2.1 锂离子电池的发展历史

1.2.2 锂离子电池的基本结构和工作原理

1.2.3 锂离子电池的优缺点

1.3 锂离子电池的电极材料及其研究进展

1.3.1 锂离子电池正极材料

1.3.2 锂离子电池负极材料

1.3.3 锡基负极材料

1.3.4 硅基负极材料

1.3.5 3d过渡金属氧化物负极材料

1.3.6 其它负极材料

1.4 3d过渡金属氧化物负极材料NiO的性能及研究现状

1.4.1 NiO的基本结构与性能

1.4.2 NiO的制备方法与形貌

1.4.3 改善NiO的循环性能

1.5 本论文的研究目的与内容

第二章 实验设备和方法

2.1 材料制备

2.1.1 化学试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 材料表征

2.2.1 X射线衍射分析(XRD)

2.2.2 扫描电子显微分析(SEM)

2.2.3 透射电子显微分析(TEM)

2.2.3 热重/差热分析(TG/DTA)

2.3 电池装配

2.3.1 极片的制备

2.3.2 电池的装配

2.4 电化学性能测试

2.4.1 恒流充放电测试

2.4.2 循环伏安测试(CV)

2.4.3 电化学阻抗谱测试(EIS)

第三章 电化学沉积法制备NiO薄膜,CBD法制备球状多孔NiO、NiO/Ni复合膜及其电化学性能

3.1 引言

3.2 电化学法制备NiO薄膜及其电化学性能

3.2.1 材料的制备

3.2.2 电沉积电流密度对NiO薄膜形貌及电化学性能的影响

3.3 CBD法制备球状多孔NiO、NiO/Ni复合膜及其电化学性能

3.3.1 球状多孔NiO膜的制备

3.3.2 球状多孔NiO、NiO/Ni膜的结构和形貌分析

3.3.3 与Ni复合对膜电化学性能的改善

3.4 本章小结

第四章 氨水挥发诱导法制备自组装NiO三明治薄膜及其电化学性能

4.1 引言

4.2 材料的制备

4.3 “三明治”NiO薄膜的形貌和形成过程分析

4.4“三明治”NiO薄膜的电化学性能分析

4.5 本章小结

第五章 静电纺丝法制备NiO/Ag纳米线和沉淀-水热法制备NiO/CNT纳米片

5.1 引言

5.2 静电纺丝法制备NiO/Ag纳米线

5.2.1 NiO和NiO/Ag的制备

5.2.2 NiO和NiO/Ag的结构与形貌分析

5.3 沉淀水热法制备NiO/CNT纳米片

5.3.1 NiO和NiO/CNT的制备

5.3.2 NiO和NiO/CNT的结构与形貌分析

5.4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果