碳包覆金属氧化物复合材料电化学储能性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文碳包覆金属氧化物复合材料电化学储能性能研究硕士研究生：刘超群指导教师：范壮军教授学科、专业：化学工程与技术论文主审人：冯静副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文碳包覆金属氧化物复合材料电化学储能性能研究硕士研究生：刘超群指导教师：范壮军教授学位级别：工学硕士学科、专业：化学工程与技术所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月8日论文答辩日期：2018年3月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfort

2、heDegreeofM.EngElectrochemicalStoragePerformanceofCarbon-CoatedMetalOxideCompositesCandidate:LiuChaoqunSupervisor:Prof.FanZhuangjunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ChemicalEngineeringandTechnologyDateofSubmission:Jan.8,2018DateofOralExamination:Mar.10,2018Universit

3、y:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大

4、学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日摘要作为过渡金属氧化物中的一种，氧化镍由于具有较高的理论比容量、价格低廉等优点成为非常

5、有前途的锂离子电池电极材料。但和其它过渡金属氧化物相同，氧化镍作为电极材料也同时存在着一些亟待解决的问题：一方面是氧化镍电极材料在锂化/去锂化的过程中会造成电极材料的粉化，从而导致电极材料从集流体上脱落，导致氧化镍电极材料的电化学性能不能充分发挥；另一方面是氧化镍本身具有较差的导电性，这也限制了氧化镍电极材料在高能量密度下的应用。因此，本文通过水热合成方法制备了具有三维导电网络结构的花瓣状氧化镍/镍/碳复合锂离子电极材料，该独特的结构显著提高了电极材料的导电性和结构稳定性。此外本文还通过静电纺丝的合成方法制备了具有三维空间导电网络的多孔碳纳米纤维钠离子电池电极材料，

6、提高了电极材料的比容量和导电性等性能。具体的研究内容如下：将硫酸镍、环六亚甲基四氨和葡萄糖通过水热合成制备了碳/氢氧化镍的前驱体，再经高温还原以及低温氧化处理得到花瓣状氧化镍/镍/碳复合锂离子电极材料。通过此方法得到的电极材料中氧化镍以及纳米镍粒子均匀地分散在连续的碳膜中，形成厚度为50nm的薄片状花瓣。有效降低了活性组分氧化镍的尺寸。另一方面这种独特的花瓣状结构缩短了锂离子扩散距离，有效地缓解了体积变化对电极材料结构的破坏。而花瓣中连续碳膜和纳米镍粒子的存在，显著提高了电极材料的导电性，从而使该材料具有优异的电化学性能。研究结果表明当硫酸镍含量为1.31g、煅烧温

7、度为700℃时电极材料展示出了极好的电化学性能。其中，当电流密度为0.1A/g时，可逆比容量为952mAh/g，同时该材料还具有较好的倍率特性（电流密度为2A/g时可逆比容量为579mAh/g）和循环稳定性（在0.5A/g的电流密度下500次循环后比容量662mAh/g）。通过静电纺丝合成方法制备了聚丙烯腈纳米纤维，然后经过碳化和氢氧化钾活化对纳米碳纤维表面进行刻蚀造孔，增加了电极材料的比表面积，提供了更多的储钠的活性位点，从而提高了电极材料的比容量；同时由于刻蚀后的纤维出现了更多孔道，有利于钠离子的传输，显著提高了电极材料的电化学性能。研究结果表明经过工艺优化