锂离子电池铁酸锌负极材料的可控制备及电化学性能研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnbc2008
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锂离子电池由于高能量密度、优良的循环稳定性、无记忆效用、环境友好等特点,已经成为当今世界最有发展前景的储能装置之一。ZnFe2O4复合物晶体材料作为锂离子电池负极材料,由于自身的理论比容量高(接近1000 mAh g-1),工作安全,环境友好等特点,被认为是最有发展的负极材料之一。然而,其自身的低导电性和在充放电过程中伴随着体积膨胀的变化,成为其发挥自身优势,产品商业化的主要障碍。很多研究者致力于优化ZnFe2O4过渡金属氧化物的储能能力如:掺杂其它离子、形貌优化(控制孔径大小,表面形貌变化)和孔隙结构的设计等。  在本论文研究中,一方面,我们对ZnFe2O4中用一部分MnO替代ZnO形成Zn0.5Mn0.5Fe2O4,运用元素复合动力学机制来增强材料的循环稳定性。除此之外,我们利用碳纳米管(CNTs)高导电性、密度小,表面积大等优点复合材料形成Zn0.5Mn0.5Fe2O4(ZMFO)@CNTs复合物。从实验结果来看,通过共沉淀法制备的Zn0.5Mn0.5Fe2O4(ZMFO)@CNTs复合物电极在倍率性能和充放电100周后获得的容量都大于纯净的ZnFe2O4和Zn0.5Mn0.5Fe2O4(ZMFO)材料。更重要的是本文有根据的设想了锂离子的嵌入反应模型和三种材料的晶体结构分析,希望能为后期锂离子电池负极材料的发展提供一点研究的思路。  另一方面,我们在草酸的帮助下用共沉淀法制备出了一种形貌新颖的玉米穗状ZnFe2O4负极材料,它是由无数个10-30 nm的球形二次颗粒联接成类似玉米棒子的结构。材料拥有优良的电化学性能:首次放电容量为1647.2 mAhg-1,循环一百周后容量获得的容量为1398.1mAhg-1,倍率性能也十分可观。本实验通过对形貌的可控制备来增强材料的电化学性能,并没有碳元素的加入,因此材料的形貌对材料的性能影响很大。容量循环过程中,容量有一个先下降后上升最终趋于稳定的状态,在很多材料中都有类似现象。希望本文能为研究者提供在形貌上有价值的信息,制备出新型锂离子电池负极材料。
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