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氧化亚铜薄膜的制备及电化学性能研究

2020-12-06阅读(121)

氧化亚铜薄膜的制备及电化学性能研究

论文摘要

氧化亚铜（Cu2O）作为一种新型锂离子电池负极材料,得到了广泛的研究。本论文系统地研究了氧化亚铜薄膜电极的制备及其电化学性能,通过简单的溶液煮沸法制备Cu2O薄膜电极,并进行表面修饰得到了Cu2O/Ag、Cu2O/Ni复合薄膜电极,此外我们还进一步制备了泡沫镍负载的Cu2O多孔薄膜电极。利用XRD、SEM和XPS等手段对产物的化学组成和微观形貌进行了分析,并采用恒流充放电和循环伏安技术研究了它们的电化学性能。将铜箔浸入饱和CuSO4溶液中,制备出多面体结构的Cu2O薄膜电极,并研究不同的温度、时间等反应条件,对于Cu2O薄膜电极的形貌及电化学性能的影响。研究结果表明,在100℃的CuSO4饱和溶液中反应2h左右,得到的电化学性能较好,20次循环以后容量保持在200mAh/g左右,但是Cu2O薄膜电极不可逆损失容量比较大。为了减少不可逆容量,采用脉冲恒电位还原和化学镀的方法分别制得Cu2O/Ag、Cu2O/Ni复合薄膜电极,并研究了Cu2O薄膜电极表面的微-纳米Ag、Ni颗粒对Cu2O薄膜电极的电化学性能的影响。研究结果表明,Ag、Ni颗粒对Li2O的分解具有高度的催化活性,明显改善了电极的电化学性能。Cu2O/Ag复合薄膜电极,首次放电容量达到390mAh/g左右,之后循环容量并有所下降,但是从十几个循环后,循环容量却开始上升,30次循环后上升到320mAh/g左右。同样,对于Cu2O/Ni复合薄膜电极在50次循环后仍达到300mAh/g左右,容量保持率比较高。泡沫镍具有独特的三维多孔结构,通过恒电位电沉积和化学浴的方法,我们分别制备出比表面积非常大得得泡沫镍/Cu2O多孔薄膜电极,并研究了泡沫镍基体对Cu2O薄膜电极的电化学性能影响。研究结果表明,这种以泡沫镍为基体的网状多孔薄膜,比表面积非常大,活性物质利用率高;而且泡沫镍基体对充电过程中的Li2O和SEI膜分解有非常高的催化活性,所以泡沫镍/Cu2O多孔薄膜电极电化学性能非常优越,首次充放电效率达到65.2%,特别在化学浴沉积50min时,20次循环后容量达到450mAh/g,并且电极的不可逆容量损失比较小。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 锂离子电池的工作原理
  • 1.3 锂离子电池负极材料研究进展
  • 1.3.1 碳材料的发展
  • 1.3.2 合金负极材料
  • 1.3.3 过渡金属氧化物
  • 2O负极材料的研究进展'>1.4 Cu2O负极材料的研究进展
  • 2O薄膜电极存在的问题及改进措施'>1.4.1 Cu2O薄膜电极存在的问题及改进措施
  • 1.5 本论文的研究内容
  • 第2章 实验材料与实验方法
  • 2.1 主要化学试剂
  • 2.2 主要实验设备
  • 2.3 材料的合成
  • 2O薄膜电极的制备'>2.3.1 Cu2O薄膜电极的制备
  • 2O/Ag复合薄膜电极的制备'>2.3.2 Cu2O/Ag复合薄膜电极的制备
  • 2O/Ni复合薄膜电极的制备'>2.3.3 Cu2O/Ni复合薄膜电极的制备
  • 2O多孔薄膜电极的制备'>2.3.4 泡沫镍/Cu2O多孔薄膜电极的制备
  • 2.4 锂离子电池的装配
  • 2.5 电化学性能测试
  • 2.5.1 充放电实验与循环性能测试
  • 2.5.2 循环伏安曲线测试
  • 2.6 实验分析手段
  • 2.6.1 X 射线粉末衍射仪（XRD）表征
  • 2.6.2 扫描电镜分析（SEM） 与能谱分析
  • 2.6.3 光电子能谱分析（XPS）
  • 2O薄膜电极的电化学性能研究'>第3章 Cu2O薄膜电极的电化学性能研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 XRD分析
  • 3.3 SEM分析
  • 3.3.1 不同反应温度对表面形貌的影响
  • 3.3.2 不同反应时间对表面形貌的影响
  • 3.4 电化学性能测试
  • 3.4.1 循环伏安性能
  • 3.4.2 充放电性能
  • 3.4.3 制备温度对循环性能的影响
  • 3.4.4 反应时间对循环性能的影响
  • 3.5 本章小结
  • 2O/M复合薄膜电极电化学性能研究'>第4章 Cu2O/M复合薄膜电极电化学性能研究
  • 4.1 引言
  • 2O/Ag复合薄膜电极'>4.2 脉冲恒电位还原法制备Cu2O/Ag复合薄膜电极
  • 4.2.1 制备原理
  • 4.2.2 EDS分析
  • 4.2.3 SEM分析
  • 4.2.4 电化学性能测试
  • 2O/Ni复合薄膜电极'>4.3 化学镀镍制备Cu2O/Ni复合薄膜电极
  • 4.3.1 制备原理
  • 4.3.2 EDS分析
  • 4.3.3 SEM分析
  • 4.3.4 电化学性能测试
  • 4.4 本章小结
  • 2O多孔薄膜电极电化学性能研究'>第5章 泡沫镍/Cu2O多孔薄膜电极电化学性能研究
  • 5.1 引言
  • 2O多孔薄膜电极'>5.2 电沉积法制备泡沫镍/Cu2O多孔薄膜电极
  • 5.2.1 电化学分析
  • 5.2.2 EDS分析
  • 5.2.3 SEM分析
  • 5.2.4 电化学性能测试
  • 2O多孔薄膜电极'>5.3 化学浴法制备泡沫镍/Cu2O多孔薄膜电极
  • 5.3.1 制备原理
  • 5.3.2 XPS 分析
  • 5.3.3 SEM 分析
  • 5.3.4 电化学性能测试
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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