摘要：锂离子电池是当今社会微型电子设备最主要的储能装置,并且运用愈加广泛,发挥着越来越重要的作用,但是电池容量较小限制了它的进展,锂电池性能的改善主要取决于电极材料的结构与化学组分的制约。本论文探究了以碳凝胶为基体改善锂离子电池负极材料性能和锂硫电池正极材料性能的策略,通过碳凝胶与氧化物及单质硫的复合,改善碳凝胶复合材料的锂电循环稳定性、库伦效率与倍率性能,浅析碳凝胶复合材料锂电性能改善的微观机制。主要探讨结果如下：1.以间苯二酚(R)和甲醛(F)为前驱体,无水碳酸钠(C)为催化剂,通过凝胶老化策略合成出三种结构的碳凝胶(CA)。调节R与C的比例,制备了R：C为500、1000、1500的三种碳凝胶材料的比表面积分别为669、483、398m2g-1；电化学性能测试表明,在50mAg-1电流密度下,首次放电容量分别为1753、715、509mAhg-1,均高于石墨的论述容量,以RC=500所得的CA容量是石墨论述容量的五倍,经过50次循环后,电池可逆容量稳定在470、250、270mAhg-1。CA高的锂电容量主要归因于其较高的比表面积和介孔结构。2.采取溶液浸渍法合成出纳米Co3O4颗粒均匀分布于CA的复合材料：Co3O4-CA。为改善CA不可逆容量较高以及纯Co3O4容量损失严重不足,以性能较优的CA(RC=500)作为基体,以Co(NO3)26H2O为钴源合成复合材料,得到C0304纳米颗粒大小约5nm,在CA基体中分布均匀,含量为15、25、35wt%的Co3O4-CA复合材料。循环伏安和恒流充放电测试结果表明,在50mAg-1电流密度下首次放电容量分别可达1698、1797、2043mAhg-1,经过50次循环后,氧化钴含量为25wt%的复合材料的电池可逆容量能够稳定保持在770mAgh-1以上。复合材料锂电性能的显著提升主要归因于二者的协同效应、具有大比表面积与三维网络结构的CA基体为Co3O4提供了体积膨胀的缓冲空间、高度分散的纳米Co3O4可有效降低CA不可逆活性点、Co3O4本身提供大量可逆活性点。3.采取溶液浸渍法合成出四方尖晶石结构的ZnMn2O4与碳凝胶的复合材料：ZnMn2O4/CA。为充分利用ZnMn2O4材料结构稳定、容量高、无毒、低廉、电压平台较低等优势,避开纯ZnMn2O4材料由于体积变化和低导电性能带来的容量急剧下降,以CA为导电基体和体积变化的缓冲基体,制备四种不同含量ZnMn2O4/CA复合材料。进行循环伏安和充放电测试,结果发现在100mAg-1的电流密度下CA,四种ZnMn2O4/CA复合物以及纯ZnMn2O4首次放电容量分别为1463、1548、1722、1660、1688、1177mAhg-1,50次循环后含量25、35和50wt%电极可逆容量分别展现700、780、820mAhg-1的高容量,远高于CA的410mAhg-1和纯ZnMn2O4的280mAhg-1。4.以低温融渗法合成锂硫电池正极材料,CA负载单质硫的CA/S复合材料。单质硫熔点较低,在149℃下将硫融化渗入到CA微孔中去,然后300℃加热挥发表面多余硫,通过制约高温挥发时间得到含量为18、27、35wt%的CA/S复合材料,浅析表征显示硫均匀分散在CA微孔中。通过循环性能和倍率性能测试与浅析,表明CA/S作为锂硫电池正极材料在0.2C(335mAg-1)电流密度下经过50次循环后,硫含量为27wt%的复合材料电池具备良好锂硫电池性能,可逆容量能够稳定保持在750mAhg-1以上,即使在3.2C(5360mAg-1)的大电流密度下电池可逆容量仍可达到445mAhg-1。CA/S复合材料性能的提升主要归因于CA多微孔结构为电活性硫和电解液提供充分的接触空间、CA大比表面积产生强大吸附能力有效抑制多聚硫化物的流失、减少了活性物质不可逆损失、碳凝胶基体良好的导电性。关键词：碳凝胶论文氧化钴论文锌锰矿论文锂离子电池论文硫论文锂硫电池论文
摘要8-10
Abstract10-12
第一章 绪论12-32
1.1 前沿12
1.2 锂离子电池介绍12-16
1.2.1 锂离子电池的进展12-13
1.2.2 锂离子电池组成以及工作原理13-15
1.2.3 锂离子电池优点15-16
1.3 锂离子电池正极材料16-17
1.4 锂离子电池负极材料17-27
1.4.1 碳负极材料18-22
1.4.2 过渡金属氧化物负极材料22-25
1.4.3 锡基材料25-26
1.4.4 硅基材料26-27
1.5 锂硫电池27-28
1.6 碳凝胶材料28-30
1.6.1 碳凝胶材料的进展29
1.6.2 碳凝胶材料的制备29-30
1.6.3 碳凝胶材料的运用30
1.7 本论文探讨的主要内容30-32
第二章 碳凝胶/氧化钻复合锂离子电池负极材料32-50
2.1 前言32-33
2.2 实验部分33-36
2.2.1 试剂与仪器33-35
2.2.2 Co_3O_4-CA复合材料制备策略35
2.2.3 结构与物相表征35-36
2.2.4 电化学测试36
2.3 结果与讨论36-49
2.3.1 CA和Co_3O_4-CA复合材料物相以及结构浅析36-43
2.3.2 电化学性能测试43-49
2.4 本章小结49-50
第三章 ZnMn_2O_4/碳凝胶复合锂离子电池负极材料50-63
3.1 前言50-51
3.2 实验部分51-54
3.2.1 试剂与仪器51-53
3.2.2 ZnMn_2O_4/CA复合材料制备策略53
3.2.3 结构与物相表征53
3.2.4 电化学测试53-54
3.3 结果与讨论54-61
3.3.1 ZnMn_2O_4/CA复合材料物相以及结构浅析54-58
3.3.2 电化学性能测试58-61
3.4 本章小结61-63
第四章 碳凝胶负载单质硫锂硫电池正极材料63-75
4.1 引言63-64
4.2 实验部分64-67
4.2.1 试剂与仪器64-65
4.2.2 CA/S复合材料制备策略65-66
4.2.3 结构与物相表征66
4.2.4 电化学测试66-67
4.3 结果与讨论67-74
4.3.1 CA/S复合材料物相以及结构浅析67-71
4.3.2 电化学性能测试71-74
4.4 本章小结74-75
第五章 结论75-77
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