隨著地球上的自然資源逐漸消耗以及化石燃料的過度開發(fā)給我們的生態(tài)環(huán)境帶來的巨大的負(fù)擔(dān),迫使我們?nèi)ふ揖G色清潔能源。而新興能源例如太陽能、氫能、風(fēng)能、核能、潮汐能在地理上的分布不均以及在時(shí)間上產(chǎn)生的間歇性等問題使得新興能源的發(fā)展受到了阻礙。目前最為有效的方法是采用儲(chǔ)能設(shè)備將新興能源儲(chǔ)存起來以便再次利用。鋰離子電池由于其開路電壓高、循環(huán)壽命長、能量密度大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)勢逐漸成為了主要的儲(chǔ)能電化學(xué)體系,并被廣泛使用于便攜式電子設(shè)備與電動(dòng)汽車。然而,由于商用鋰離子電池負(fù)極材料石墨理論比容量較低(372 mAh g^-1)無法滿足市場對大型動(dòng)力電池及儲(chǔ)能電池的應(yīng)用需求。除此之外,由于石墨的鋰沉積電位較低（⁰.1V）會(huì)導(dǎo)致鋰枝晶的生長并且造成安全問題。因此,我們急需開發(fā)各種新型的鋰離子電池負(fù)極材料來解決這些問題。在眾多被研究的負(fù)極材料中,VA族元素（Sb、Bi等）具有著高理論比容量、高能量密度、在自然界含量豐富、合適的鋰沉積電位等優(yōu)勢,當(dāng)使用作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)表現(xiàn)出巨大的潛力。但是,在鋰離子插入和脫出地過程中,VA族元素負(fù)極材料會(huì)產(chǎn)生巨大的體積膨脹,... 

【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同二次電池的比容量對比[6]

VA族納米電極材料的設(shè)計(jì)合成及儲(chǔ)鋰性能研究-3-圖1-2鋰離子電池工作原理(以鈷酸鋰為正極，石墨為負(fù)極)[9]Figure1-2Theprinciplesoflithiumionbatteries(LiCoO2ascathode,graphiteasanode)[9]鋰離子電池是一種以鋰離子在正負(fù)極之間可逆的脫出和嵌入的由化學(xué)勢控制的濃差電池。充電過程中，鋰離子從正極材料鈷酸鋰中脫出形成Li(1-x)CoO2，然后經(jīng)過電解液、穿過隔膜，最后嵌入到負(fù)極材料石墨中，同時(shí)電子由外電路到達(dá)正極，在這個(gè)過程中電池將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。而放電過程與充電過程正好相反，鋰離子從負(fù)極材料石墨中脫出，再次經(jīng)過電解液、隔膜進(jìn)入正極材料鈷酸鋰。這個(gè)過程往復(fù)發(fā)生從而達(dá)到可逆的鋰存儲(chǔ)性能。1.2.3鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的鎳鎘電池和鎳氫電池等二次電池相比，鋰離子電池具有以下一些獨(dú)特的優(yōu)勢[11]。(1)輸出電壓高。一個(gè)鋰離子電池的電壓可達(dá)到3.2-3.7V，接近其他二次電池輸出電壓的三倍。因此在需要較高工作電壓時(shí)，僅僅通過串聯(lián)較少的鋰離子電池就可以達(dá)到較高的電壓。因此不僅節(jié)省了空間而還減少了單個(gè)鋰離子電池之間的影響；(2)能量密度大。由于鋰離子電池的工作電壓高、容量大、體積孝質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)使鋰離子電池的輸出功率高達(dá)180-200WhKg-1；(3)工作溫度范圍廣。在-25~40℃的溫度范圍內(nèi)，鋰離子電池可以很好的進(jìn)行充放電工作；(4)安全性能好�，F(xiàn)在商用鋰離子電池大多采用能可逆脫嵌鋰的材料如石墨來做負(fù)極，降低了采用鋰作為負(fù)極時(shí)產(chǎn)生的鋰枝晶問題，顯著得提升了鋰離子電池的安全性能；

VA族納米電極材料的設(shè)計(jì)合成及儲(chǔ)鋰性能研究-6-次循環(huán)后，CNF800在0.5、1、5和10Ag-1的電流密度下容量仍然保持了約1251、865、702和305mAhg-1的容量(圖1-3)。圖1-3(a-d)CNF800的電化學(xué)性能和(e,f)形貌表征[18]Figure1-3(a-d)TheelectromechicalperformanceofCNF800,(e,f)morphologycharacterization[18]1.3.1.2鈦基材料作為最有前途的LIB負(fù)極材料之一，與傳統(tǒng)的石墨負(fù)極相比，Ti基材料具有著優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，倍率性能和安全性[19-21]。然而，差的電子/離子傳導(dǎo)性和相對低的重量/體積能量密度限制了鈦基材料的實(shí)際應(yīng)用。鈦基材料中研究最多就是TiO2，TiO2由于其優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、高工作電壓(1.3-1.8Vvs.Li+/Li)、低成本和環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是LIB中有前途的插入型負(fù)極材料。在TiO2的眾多晶型物中，板鈦礦TiO2(B)由于其獨(dú)特地開放通道結(jié)構(gòu)，可以提供快速的充放電能力。而且，與其他TiO2晶型相比，TiO2(B)可以容納更多的Li+，理論比容量高達(dá)335mAhg-1。TiO2(B)的鋰儲(chǔ)存機(jī)理包含了混合

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3564355