【摘要】：碳負極材料是目前主流的商業(yè)化的鋰離子電池負極材料。但是,較低的理論容量(372 mAh·g-1)和較低的倍率性能,限制了其在新一代高能量密度鋰離子電池的應(yīng)用。鎳鈷錳基負極材料(碳酸鹽材料和氧化物材料)由于較高的容量和較低的成本,是非常有潛力的下一代負極材料。鎳鈷錳基碳酸鹽材料依舊存在著電子導(dǎo)電性較低、循環(huán)過程中的體積變化嚴重的問題,導(dǎo)致其在充放電過程中容量快速衰減和材料結(jié)構(gòu)坍塌,在實際應(yīng)用中仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。針對鎳鉆錳基碳酸鹽負極材料的這些不足,在本文中,我們采用簡單的溶劑熱法成功合成了一種分布均勻的米粒狀Ni0.8Co0.1Mn0.1CO3負極材料,利用PVP復(fù)合鎳鈷錳碳酸鹽負極材料后形成的碳包覆材料具有出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能,在1 A·g-1的電流密度、電壓范圍0.01-3.0 V vs Li/Li+下,循環(huán)600次之后,仍然有615.8 mAh·g-1的容量。其制成的鈉離子電池負極材料,在0.2 A·g-1的電流密度、0.01-3.0 V vs Na/Na+下,循環(huán)50次之后,仍然有272.3 mAh·g-1的容量。優(yōu)異的電化學(xué)性能是由于碳包覆有利于提高鎳鈷錳基碳酸鹽負極材料的電子導(dǎo)電性和鋰離子擴散系數(shù),增強材料的電荷轉(zhuǎn)移動力勢,同時緩解材料在循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)改變,為電子和鋰離子在材料中轉(zhuǎn)移提供穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。鎳鈷錳基金屬氧化物材料存在本征電子導(dǎo)電率低,與循環(huán)過程中體積膨脹大和鋰離子擴散速率低等問題,因此,在本文中,我們利用合成的鎳鈷錳基碳酸鹽負極材料為前驅(qū)體,成功合成了一種由微小納米顆粒組成的米粒狀鎳鈷錳基氧化物負極材料,利用結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑PVP復(fù)合后,鎳鈷錳基氧化物負極材料的一次顆粒變得更小,且其具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能,在1A·g-1的電流密度、電壓范圍0.01-3.0 V vs Li/Li+下,循環(huán)50次之后,仍然有658.9 mAh·g-1的容量。鑒于復(fù)合的復(fù)合相結(jié)構(gòu)有利于提高電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性,增強材料的電荷轉(zhuǎn)移動力勢,因此會提高材料的電化學(xué)性能。因此,本文中,我們調(diào)整了鎳鈷錳基氧化物負極材料的合成制度,首次通過溶劑熱法成功合成了均勻分布的中空多孔復(fù)合NiMn2O4/NiCo204介觀晶體。結(jié)果表明,獨特的中空多孔復(fù)合NiMn2O4/NiCo204介觀晶體材料顯示出優(yōu)異的倍率性能和增強的循環(huán)穩(wěn)定性,在1A·g-1的電流密度、電壓范圍0.01-3.0 V vs Li/Li+下,有532.2 mAh·g-1的電化學(xué)容量,循環(huán)100次之后保持率為90.4%,循環(huán)500次之后保持率為67.8%,仍然有360.8 mAh·g-1的容量。優(yōu)異的電化學(xué)性能是由于中空多孔的形貌和復(fù)合NiMn2O4/NiCo2O4結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。中空多孔的形貌能夠提供足夠的空間緩解循環(huán)過程中體積膨脹造成的結(jié)構(gòu)坍塌,為鋰離子擴散和電子傳輸提供一個更短的更穩(wěn)定的路徑;同時,復(fù)合NiMn2O4/NiCo204結(jié)構(gòu)能夠提高鋰離子擴散系數(shù),增強材料的電荷轉(zhuǎn)移動力勢。因此,這種綜合作用使中空多孔復(fù)合NiMn2O4/NiCo2O4介觀晶體材料成為一種在EV/HEV和能量儲存系統(tǒng)中有實際應(yīng)用潛力的負極材料。
【圖文】：

雜和表面包覆可以在有效提升材料的電化學(xué)性能，通常采用體相摻雜和表面包覆逡逑來提升材料的電化學(xué)性能［２（Ｗ３］。不同類型正極材料的晶體結(jié)構(gòu)與典型的放電曲線逡逑如圖１．４所示［９］。逡逑Ｃ邐－邐—－邋－－－－－邋■■邋－邋．．邋＾逡逑ｉ邋３邐Ｎ逡逑＾邐ＬＭＯ；／邋ｌｆｐ逡逑１邐２＇邐ＬＦＳＦ逡逑２邐１邐ｉ逡逑Ｑ邋｜邐…邐丨＊邋，，邐，…逡逑０邐５０邐１００邐１５０邐２００邐２５０逡逑Ｓｐｅｃｉｆｃ邋Ｃａｐａｃｉｔｙ邋（ｍＡｈ邋ｇ邋）逡逑圖ｉ．３不同類型正極材料的電化學(xué)容量與電壓區(qū)間１９１逡逑３逡逑

邐第一章緒論邐逡逑地高；其在脫嵌鋰過程中電壓盡可能地保持穩(wěn)定，保證電池的工作電壓盡可能地逡逑穩(wěn)定。逡逑（３）負極材料不能對電解液呈可溶性，且盡可能地不與電解液的溶劑和鋰逡逑鹽發(fā)生反應(yīng)，保證材料在電池中盡可能地穩(wěn)定。逡逑（４）負極材料的電子導(dǎo)電性和Ｌｉ＋導(dǎo)電性要盡可能地高，保證電化學(xué)反應(yīng)過逡逑程中化學(xué)動力勢盡可能地高。逡逑（５）負極材料的原料，資源要盡可能地豐富，成本要盡可能地低廉，其對逡逑環(huán)境要盡可能地無害，保證其實際性盡可能地高。逡逑但是，上述特點不容易同時滿足，更難以讓每一條都達到能夠?qū)嶋H應(yīng)用的程逡逑度，目前，研究者們的研究主要集中這三個方向：插嵌式型負極材料、合金化型逡逑負極材料和轉(zhuǎn)換（氧化還原）反應(yīng)型負極材料［２４＾］。如圖１．５所示為不同類型負逡逑極材料的反應(yīng)原理實例［２４］。逡逑Ｔｉ０２邋＋邋ｘ邋Ｌｉ邋＾邋ＬｉｘＴｉ０２（ｘ邋＜邋１）邋（－１．７邋Ｖ）邐Ｓｎ０２邋＋邋４邋Ｌｉ邋Ｓｎ邋＋邋２邋Ｌｉ２０逡逑
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM912;TB33

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本文編號：2660828