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镍基硒化物复合材料的制备及其锂离子电容性能研究

镍基硒化物复合材料的制备及其锂离子电容性能研究

作     者:李宏宇 

作者单位:辽宁工程技术大学 

学位级别:硕士

导师姓名:杨芳

授予年度:2023年

学科分类:080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程(可授工学、理学学位)] 080502[工学-材料学] 

主      题:镍基硒化物 PVP 聚苯胺 CNT 负极材料 形貌结构表征 电化学测试 锂离子电容器 

摘      要:镍基硒化物因为其易于调节的形态、高理论比容量、丰富的储量和较低的价格在储能领域得到了广泛的应用,是锂离子电容器(LIC)的理想负极材料,但是它也存在一些弊端,传输过程中的体积效应、离子传输效率低,导致循环和倍率性能有待提高。针对以上问题,本文以镍基硒化物为主要研究对象,通过与碳材料进行复合、聚苯胺包覆以及合成不同镍基硒化物,来提高其导电率、倍率性能和循环性能,系统研究其微观组织结构和电化学行为,揭示其储锂性能及改性机理。以不同碳含量为自变量,采用水热法制备了纳米颗粒NiSe与碳的复合(NiSe/C)电极材料,之后经过退火处理。NiSe颗粒在碳层上分布均匀,颗粒尺寸小,有效提高了导电性和储锂性能,其初始可逆容量显著提高,0.1 A/g电流密度下可逆容量为583.3m Ah/g,1 A/g下首次可逆容量为248.0 m Ah/g。根据NiSe碳复合电极材料组装成的LIC在0.1 A/g下初始放电容量达到40.1 m Ah/g,1 A/g下循环1000圈后,容量保持率仍有48.1%。组装的NiSe/C//AC LIC功率密度为199.5 W/kg时,能量密度达到68.4 Wh/kg,在高功率密度1995.1 W/Kg下能量密度也能实现29.7 Wh/Kg。采用原位聚合法,合成了聚苯胺(PANI)包覆NiSe/C材料。通过调节苯胺含量来控制合成前驱体,当苯胺含量为25%时,制备出的电极材料形成了较为均匀的纳米线包覆结构,循环性能和倍率性能都得到了提高。PANI-25%在0.1 A/g下循环100圈充电比容量剩余367.4 m Ah/g,1 A/g下循环100圈比容量为188.4 m Ah/g。根据PANI-25%组装成的NiSe/C@PANI//AC LIC在1 A/g下,循环1000圈容量保持率为69%。在功率密度为200.1 W/kg时,能量密度为68.7 Wh/kg,在功率密度为2002.4 W/Kg时,能量密度达到37.6 Wh/Kg。通过构建其它镍基硒化物来实现高功率/能量密度的储能器件的目的,合成了聚苯胺包覆NiSe/CNT复合材料。NiSe负载在管状CNT上,再经过聚苯胺的包覆作用,中空结构明显缓解了材料的体积膨胀,提高了循环稳定性。0.1 A/g下循环100圈后的充电比容量为529.3 m Ah/g,1 A/g和2 A/g下循环300圈,仍然分别有271.8 m Ah/g和173.5m Ah/g,容量保持率接近100%。根据上述样品构建的NSC@PANI//AC LIC在0.1 A/g下初始可逆容量为50.9 m Ah/g,1 A/g下循环1000圈循环保持率为56.5%,库伦效率接近100%,电化学行为良好。在功率密度为199.5 W/kg时,能量密度为91.7 Wh/kg,并在高功率密度1995.4 W/Kg下能量密度达到53.1 Wh/Kg。该论文有图48幅,表11个,参考文献114篇

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