利用MXene構(gòu)建鋰離子電池納米結(jié)構(gòu)電極材料
發(fā)布時間：2020-12-28 09:22
與傳統(tǒng)的二次電池相比,鋰離子電池具有電壓高（3.9 V）、比能量高（200Wh/kg）、工作溫度范圍寬（-4070 oC）、比功率大、放電平穩(wěn)、存儲時間長等顯著優(yōu)點(diǎn),因此成為目前應(yīng)用最廣泛的儲能技術(shù)。但為了進(jìn)一步滿足社會發(fā)展的需求,開發(fā)高能量密度和高功率密度的鋰離子電池仍然是未來發(fā)展的主要趨勢。而正負(fù)極材料作為電池的重要組成部分,對電池性能的表現(xiàn)具有決定性作用。在負(fù)極材料中,層狀材料因其優(yōu)異的儲鋰性能備受青睞。最近,一種新型的二維層狀材料MXene,因其超高的導(dǎo)電率以及體積比容量成為了大家關(guān)注的熱點(diǎn)。本文以最早發(fā)現(xiàn)的MXene（Ti3C2TX）為研究對象,一方面通過結(jié)構(gòu)改性合成3D多孔的Ti3C2-rGO復(fù)合膜,抑制了Ti3C2TX片層的自堆疊,提高了復(fù)合膜材料的離子電導(dǎo),使膜電極表現(xiàn)出優(yōu)越的電化學(xué)性能;另一方面結(jié)合Ti
【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所)浙江省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同儲能器件的能量密度-功率密度比較圖
而實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的條件是電池正極和負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)能夠可逆進(jìn)行[26]。如圖1.2 所示，以石墨化結(jié)構(gòu)的碳為負(fù)極，氧化鈷鋰為正極，其充放電過程的電化學(xué)反應(yīng)如下式所示：正極：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-（1-1）負(fù)極：6C + xLi++ xe- LixC6（1-2）總反應(yīng)：6C + LiCoO2 Li1-xCoO2+ LixC6（1-3）當(dāng)電池充電時，電子由正極轉(zhuǎn)移到負(fù)極，LiCoO2脫去鋰離子呈缺鋰狀態(tài)；而石墨負(fù)極得到電子的同時嵌入鋰離子，整個負(fù)極呈富鋰狀態(tài)。放電時，電子從負(fù)極轉(zhuǎn)移到正極，同時鋰離子從負(fù)極脫出；而正極材料嵌入鋰離子的同時得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。在充放電過程中，鋰離子在整個電池體系來回穿梭，參與正負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)，因此被稱為鋰離子電池。
圖 1.3 石墨、軟碳以及硬碳的結(jié)構(gòu)模型[30]Figure 1.3 Structure diagrams of graphite, soft carbon and hard carbon[30]（4）中間相碳微球中間相碳微球（MCMB）是一種人造石墨，它是一種光學(xué)各向異性的由于 MCMB 的外表面是石墨結(jié)構(gòu)的邊緣面，反應(yīng)活性較均勻，因此能的 SEI 膜，更有利于 Li+的可逆脫嵌。因此，MCMB 具有首圈效率高以能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在生產(chǎn)成本高等問題。目前商業(yè)化的 MCM量達(dá)到了 280～340 mAh g-1，首周效率可達(dá)到 94%，循環(huán)壽命可達(dá)到能基本滿足消費(fèi)電子產(chǎn)品的需要[31]。但高昂的制備成本，較低的產(chǎn)率的循環(huán)穩(wěn)定性，使其與其他負(fù)極材料相比有一定的劣勢[32]。表 1.1 對常材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了比較，從表中可以發(fā)現(xiàn)，各種負(fù)極材料都具性能優(yōu)勢，因此須根據(jù)需求選擇不同的負(fù)極材料[29]。表 1.1 常見負(fù)極材料的性能對比[29]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池硬碳負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 李玉龍,劉瑞峰,周穎,郭宏毅,賀磊,邱介山. 材料導(dǎo)報(bào). 2017(S1)
[2]中間相炭微球用于鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 李伏虎,馬愛玲,鄭然. 化工新型材料. 2016(07)
[3]鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進(jìn)展[J]. 陸浩,劉柏男,禇賡,鄭杰允,羅飛,邱新平,李輝,劉芳,馮蘇寧,陳衛(wèi),李泓,陳立泉. 儲能科學(xué)與技術(shù). 2016(02)
[4]鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(Ⅷ)——負(fù)極材料[J]. 羅飛,褚賡,黃杰,孫洋,李泓. 儲能科學(xué)與技術(shù). 2014(02)
[5]中間相炭微球的研究進(jìn)展[J]. 高長超,李鐵虎,程有亮,趙廷凱. 炭素技術(shù). 2012(02)
本文編號：2943509
【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所)浙江省
【文章頁數(shù)】：79 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同儲能器件的能量密度-功率密度比較圖
而實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的條件是電池正極和負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)能夠可逆進(jìn)行[26]。如圖1.2 所示，以石墨化結(jié)構(gòu)的碳為負(fù)極，氧化鈷鋰為正極，其充放電過程的電化學(xué)反應(yīng)如下式所示：正極：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-（1-1）負(fù)極：6C + xLi++ xe- LixC6（1-2）總反應(yīng)：6C + LiCoO2 Li1-xCoO2+ LixC6（1-3）當(dāng)電池充電時，電子由正極轉(zhuǎn)移到負(fù)極，LiCoO2脫去鋰離子呈缺鋰狀態(tài)；而石墨負(fù)極得到電子的同時嵌入鋰離子，整個負(fù)極呈富鋰狀態(tài)。放電時，電子從負(fù)極轉(zhuǎn)移到正極，同時鋰離子從負(fù)極脫出；而正極材料嵌入鋰離子的同時得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。在充放電過程中，鋰離子在整個電池體系來回穿梭，參與正負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)，因此被稱為鋰離子電池。
圖 1.3 石墨、軟碳以及硬碳的結(jié)構(gòu)模型[30]Figure 1.3 Structure diagrams of graphite, soft carbon and hard carbon[30]（4）中間相碳微球中間相碳微球（MCMB）是一種人造石墨，它是一種光學(xué)各向異性的由于 MCMB 的外表面是石墨結(jié)構(gòu)的邊緣面，反應(yīng)活性較均勻，因此能的 SEI 膜，更有利于 Li+的可逆脫嵌。因此，MCMB 具有首圈效率高以能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，但同時也存在生產(chǎn)成本高等問題。目前商業(yè)化的 MCM量達(dá)到了 280～340 mAh g-1，首周效率可達(dá)到 94%，循環(huán)壽命可達(dá)到能基本滿足消費(fèi)電子產(chǎn)品的需要[31]。但高昂的制備成本，較低的產(chǎn)率的循環(huán)穩(wěn)定性，使其與其他負(fù)極材料相比有一定的劣勢[32]。表 1.1 對常材料的電化學(xué)性能進(jìn)行了比較，從表中可以發(fā)現(xiàn)，各種負(fù)極材料都具性能優(yōu)勢，因此須根據(jù)需求選擇不同的負(fù)極材料[29]。表 1.1 常見負(fù)極材料的性能對比[29]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鋰離子電池硬碳負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 李玉龍,劉瑞峰,周穎,郭宏毅,賀磊,邱介山. 材料導(dǎo)報(bào). 2017(S1)
[2]中間相炭微球用于鋰離子電池負(fù)極材料的研究進(jìn)展[J]. 李伏虎,馬愛玲,鄭然. 化工新型材料. 2016(07)
[3]鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進(jìn)展[J]. 陸浩,劉柏男,禇賡,鄭杰允,羅飛,邱新平,李輝,劉芳,馮蘇寧,陳衛(wèi),李泓,陳立泉. 儲能科學(xué)與技術(shù). 2016(02)
[4]鋰離子電池基礎(chǔ)科學(xué)問題(Ⅷ)——負(fù)極材料[J]. 羅飛,褚賡,黃杰,孫洋,李泓. 儲能科學(xué)與技術(shù). 2014(02)
[5]中間相炭微球的研究進(jìn)展[J]. 高長超,李鐵虎,程有亮,趙廷凱. 炭素技術(shù). 2012(02)
本文編號：2943509
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