目前商用鋰離子電池的負極材料主要是導(dǎo)電性優(yōu)良、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的碳材料,但是碳材料的理論比容量較低,已經(jīng)遠遠無法滿足人類的對便攜、高容量的儲能需求,因此大量的、理論容量高的負極材料,成為人們的研究對象。過渡金屬氧化物鐵酸鋅（Zn Fe₂O₄）的理論容量達到1072 mAh g^-1,由于鋅和鐵的儲量豐富,制備過程對環(huán)境無污染,成本低廉等特點,得到了人們廣泛關(guān)注。但是ZnFe₂O₄的導(dǎo)電性差、充放電過程中體積效應(yīng)嚴(yán)重的缺陷,導(dǎo)致材料的循環(huán)穩(wěn)定性低、容量衰減快、倍率性能差,限制了該材料的應(yīng)用。本文通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、包覆等手段,以提高材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,減小材料的體積效應(yīng),提高其導(dǎo)電性,增加其電化學(xué)活性位點,減小材料的極化效應(yīng)使材料具有穩(wěn)定的充放電平臺,提高Zn Fe₂O₄負極材料的綜合電化學(xué)性能。研究內(nèi)容如下:（1）采用低溫原位生長策略,可控制備了一維ZnO@ZnFe₂O₄復(fù)合納米線,并揭示了其生長機制。... 

【文章來源】：安徽工業(yè)大學(xué)安徽省

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池充放電原理示意圖

圖 1.2 鋰離子電池常見的正/負極材料[6]Fig. 1.2 Various cathode and anode materials for lithium ion battery1.2 鋰離子電池負極材料鋰離子電池的負極材料是鋰電池中作為儲能的關(guān)鍵組成部分，它很大程度上影響了電池的實際容量。如何選擇鋰離子電池的負極材料，什么樣的材料才能達到實際應(yīng)用的選擇標(biāo)準(zhǔn)。[20, 21]常用的標(biāo)準(zhǔn)有：（1）當(dāng)充電時，電池負極嵌入鋰離子時，它具有足夠低的電位；反之，正極具有較高的電壓，使全電池具有較高輸出電壓。（2）大量的鋰離子能夠進入負極材料，防止鋰離子在材料表面富集形成鋰枝晶，造成安全隱患，同時得到較高的比容量。（3 經(jīng)過鋰離子的反復(fù)脫嵌之后，電極材料的晶體結(jié)構(gòu)能夠保持穩(wěn)定，進而得到優(yōu)異的循環(huán)壽命性能。（4）負極材料需要傳輸電子，也需要傳輸離子，因此電子導(dǎo)電率和離子擴撒率對負極材料至關(guān)重要。優(yōu)異的電子導(dǎo)電率和離子擴散率能有效的減小極化，從而能適應(yīng)更大電流的循環(huán)充放電；（5）為使電池工作是擁有穩(wěn)定的工作電壓，負極材料充放電嵌脫鋰的時候，需要不受脫、嵌鋰影響的穩(wěn)定

直到 1992 年索尼公司，采用碳材料替代金屬鋰作為鋰電池的負極，成功的將鋰離子電池帶上了商業(yè)化的道路，并且一直沿用到今天。碳基材料根據(jù)它的結(jié)構(gòu)特點，可分為了石墨化碳和非石墨化碳，其中非石墨化碳又被分為了軟碳和硬碳。[22]石墨中的碳在 sp2的雜化軌道上會形成共價鍵，通過共價鍵的結(jié)合，他的結(jié)構(gòu)是片層狀的，層與層之間結(jié)合力屬于范德華力。[23]如圖 1.3 所示，負極材料的充放電過程中，鋰離子會嵌入石墨的層間的位置，形成層間的 LixC6化合物，因此其理論容量只有 372 mAh g-1。它的脫、嵌鋰的電位，大約在 0~0.25 V（vs Li+/Li）, 充放電平臺十分穩(wěn)定。[24]但是在鋰離子電池當(dāng)中，它作為負極材料還是存在著一系列問題。最主要的問題是石墨極易與電解液反應(yīng)，在其表面生成一層 SEI 膜，消耗了正極提供的鋰離子。這部分鋰離子是不可逆的，導(dǎo)致了該電池的首效較低。此外，在嵌鋰的過程中，其各向異性會致使其倍率性能大幅降低。與此同時，石墨的層間距比較大，其范德華力相對較弱，在充放電過程中，脫嵌鋰時其層結(jié)構(gòu)容易發(fā)生溶劑共嵌入的情況，這將導(dǎo)致材料的脫落，使電池的循環(huán)穩(wěn)定性受到影響。針對上述的各種問題，通常通過包覆、參雜等方法，對其性能改進。[25]


本文編號：3064944