镍—钴—锰基氢氧化物材料的制备及其超级电容性能研究

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1、学校代码10459学号或申请号201212151800密级硕士学位论文镍-钴-锰基氢氧化物材料的制备及其超级电容性能研究作者姓名：李蒙导师姓名：冯祥明博士陈卫华副教授学科门类：工科专业名称：工业催化培养院系：化学与分子工程学院完成时间：2015年5月ADissertationSubmittedtoZhengzhouUniversityFortheDegreeofMasterofScienceSynthesisandElectrochenicalPropertiesofNickel-Cobalt-Manganese-basedHydroxideasElectrodeMaterialsfo

2、rSupercapacitorByMengLiSupervisor:Ph.DXiangmingFengProf.WeihuaChenIndustrialCatalysisCollegeofChemistryandMolecularEngineeringZhengzhouUniveersityMay,2015学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导独立进行研'究所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研宂作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。：位论文作

3、者/o-IUV/日期年—一曰y�T*学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家存关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进彳J检索，可以米用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。4LR位论乍t:/Pnw曰417!)5:t/丨^；丨•—/TJJ摘要摘要众所周知，三元镍

4、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

5、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、153

6、5.43F/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。关键词：超级电容器；镍-钴-锰氢氧化物；石墨烯

7、；活性炭；比容量IAbstractAbstractAsweallknow,micron-scaleNiCoMnternarymaterialisoneofimportantcommercializedpositiveelectrodematerialsinrechargeablelithiumionbatteriessothattheNi-Co-Mnhydroxidesiftheywereusedashighspecificcapacitanc