镍-钴-锰基氢氧化物材料的制备及其超级电容性能研究

摘要

众所周知，三元镍钴锰是一种非常重要且已商业化的锂离子电池正极材料，其前驱体为镍-钴-锰氢氧化物，若前驱体应用于超级电容器上势必表现出独特的工业化潜力。　　本文以镍-钴-锰氢氧化物超级电容器材料作为研究对象，并对其进行石墨烯掺入和离子交换两种不同的处理，以提高材料的导电性，改善倍率性能。具体研究工作如下：　　（1）水热法合成具有分等级结构的球形镍-钴-锰氢氧化物，其作为超级电容器活性材料表现出较好的、可调控的电化学性能，比容量依赖于不同的镍钴锰组成比例。当Ni：Co：Mn=8：1：1时材料（在本文命名为811）的比容量最高，在0.5A/g的电流密度下比容量高达1884.53F/g，随着电流密度的增加比容量在不断的降低，电流密度达到10A/g时其比容量仅剩977.38F/g，继续增至20A/g，比容量接近于零。　　（2）为了提高811材料的倍率性能，本文采用石墨烯的引入成功制备了半开口桂圆状Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2/graphene复合材料，利用XRD、SEM、TEM、BET、XPS等对样品进行结构形貌表征；循环伏安、交流阻抗、恒流充放电对材料进行电化学性能表征。结果显示：811/G材料在保持前驱体811结构形貌不变的前提下，表现出良好的电化学性能，在0.5、1、2、5、10A/g的电流密度下材料的比容量分别高达1712.13、1658.74、1622.08、1603.08、1535.43F/g，甚至电流密度达到20A/g时比容量仍能保持最初的79.8％。　　（3）此外，借助于阳离子交换法在氧化剂存在条件下成功构筑Ni0.8-xCo0.1Mn0.1(OH)2@CoOOH复合材料。以Ni0.8-xCo0.1Mn0.1(OH)2@CoOOH复合材料作为正极材料，活性炭作为负极材料组装成不对称器件，探讨离子交换处理是否提高了材料的导电性、倍率性能。结果表明在0.5A/g的电流密度下处理前后样品的比容量几乎一样，随着电流密度的增加，差异随着变大，当电流密度增至7.5A/g时，处理后样品的比容量比811材料提高了67.09F/g。

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第一章 绪论

1.1 背景和意义

1.2 超级电容器的简介

1.3 超级电容器电极活性材料及其研究现状

1.4 本论文的主要研究内容

第二章 实验仪器、试剂及测试方法简介

2.1 实验仪器、实验试剂

2.2 超级电容器的制备

2.3 结构形貌表征

2.4 电化学性能表征

2.5 本章小结

第三章 水热法制备镍-钴-锰氢氧化物及其结构性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 Ni0.8Co0.1Mn0.1(OH)2/石墨烯的制备及其结构性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 离子交换法制备Ni0.8-xCo0.1Mn0.1(OH)2@CoOOH及其结构性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论和展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

个人简历

致谢