發(fā)布時(shí)間：2020-08-21 18:42

【摘要】：能源與環(huán)境是當(dāng)今世界面臨的兩大問(wèn)題。鋰離子和鈉離子電池作為一類環(huán)境友好的二次電池,具有自放電率低、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但其廣泛應(yīng)用的石墨負(fù)極材料理論比容量低,很大程度上限制了其在大型儲(chǔ)能裝置中的應(yīng)用。本論文針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)并合成不同微納結(jié)構(gòu)的過(guò)渡金屬氧化物。微納結(jié)構(gòu)過(guò)渡金屬氧化物作為鋰離子和鈉離子電池負(fù)極材料可以使電解液與電極活性材料之間的接觸更充分、反應(yīng)活性位點(diǎn)更多暴露,從而有效提高電池負(fù)極材料的比容量。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)中空納米環(huán)狀α-Fe2O3。硝酸鐵作為鐵源,磷酸二氫胺和硫酸鈉作為反應(yīng)劑,通過(guò)一步水熱法和鍛燒處理得到結(jié)晶性良好的中空納米環(huán)狀α-Fe2O3粉末。將其用于鋰離子電池負(fù)極材料展現(xiàn)出了較高的比容量,在200 mAg-1的電流密度下,循環(huán)充放電50圈后,其比容量保持在900mAhg-1以上,500 mAg-1的電流密度下,循環(huán)充放電50圈后,其比容量保持在550 mAhg-1以上。中空納米環(huán)狀α-Fe2O3材料作為鋰離子電池負(fù)極材料顯示出良好的電化學(xué)性能。(2)多層級(jí)ZnO/Co3O4微米球。以硝酸鋅和硝酸鈷分別作為鋅源和鈷源,氟化銨作為表面活性劑,脲作為沉淀劑,用水熱法和煅燒熱處理合成多層級(jí)ZnO/Co3O4微米球,多層級(jí)ZnO/Co3O4微米球作為鋰離子電池負(fù)極材料,在100 mAg-1電流密度下循環(huán)充放電,其保持較高的循環(huán)充放電比容量,在循環(huán)100圈之后,保持824.5 mAhg-1的比容量。(3)銅基納米棒陣列。以銅片作為基底和銅源,氫氧化鈉作為反應(yīng)劑,氨水和過(guò)氧化氫作為絡(luò)合劑,室溫條件下在銅片基底上原位生長(zhǎng)氫氧化銅納米棒陣列,通過(guò)后續(xù)熱處理得到銅基納米棒陣列,將其用于鈉離子電池負(fù)極材料上,該材料顯示出較高的比容量。在200 mAg-1電流密度下,循環(huán)充放電50圈后,保持500mAhg-1的比容量。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB302;TM912
【圖文】：

屬本身在發(fā)生合金化的同時(shí)會(huì)發(fā)生ｈ：大的體積膨脹，Ｓｎ的體積膨脹率達(dá)到３００％，反應(yīng)逡逑過(guò)程較大的應(yīng)力的產(chǎn)生，導(dǎo)致材料崩塌和粉末化，使其容量發(fā)生大幅度的不可逆衰減，逡逑影響了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和使用壽命。如圖１邋－６所示為合金材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制，其較人的逡逑體積膨脹，使其性能難以達(dá)到商業(yè)化的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。逡逑７逡逑

放屯逡逑６Ｃ＋．ｖＬｒ＋．ｖｃ邋—：」１＾（：６邐（0＜ａ＜邋１）逡逑充電逡逑圖１－５鋰離子在石墨層的嵌入與脫出過(guò)程逡逑Ｆｉｇ．邋１－５邋Ｌｉ＋ｉｎｓｅｉｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｉｎ邋ｇｒａｐｈｉｔｅ邋ｌａｙｅｒ逡逑１．３．２．２鋰合金負(fù)極材料逡逑在Ｓｏｎｙ公司推出碳基材料作為鋰離子電池負(fù)極材料之前，研究者更多關(guān)注鋰的合逡逑金負(fù)極材料�，F(xiàn)在重點(diǎn)研究的為兩元合金，包括有Ｌｉ－Ｓｂ，Ｌｉ－Ｓｎ，Ｌｉ－Ｃｄ等，相對(duì)于碳材料，逡逑金屬材料具有較高的儲(chǔ)鋰?yán)碚撊萘�，其中Ｓｎ的�?chǔ)鋰?yán)頊S容量為９９４邋ｍＡｈｇ＇邋Ｓｉ達(dá)４２００逡逑ｍＡｈｇ－１，邋Ｇｅ為１６００邋ｍＡｈｇ－１，其中Ｓｎ電位較低，被認(rèn)為是與希望代涔碳成為鋰離廣負(fù)極逡逑材料的物質(zhì)公式１－２反映了合金負(fù)極材料與鋰發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程中的物質(zhì)變化：逡逑Ｍ邋＋邋ｘＬｉ＋邋＃邋ＬｉｘＭ邐（１－２）逡逑與層狀結(jié)構(gòu)發(fā)生嵌鋰機(jī)制相比，金屬材料的缺點(diǎn)也很顯著，即在充放電過(guò)程中，金逡逑屬本身在發(fā)生合金化的同時(shí)會(huì)發(fā)生ｈ：大的體積膨脹，Ｓｎ的體積膨脹率達(dá)到３００％，反應(yīng)逡逑過(guò)程較大的應(yīng)力的產(chǎn)生，導(dǎo)致材料崩塌和粉末化，使其容量發(fā)生大幅度的不可逆衰減，逡逑影響了電池的循環(huán)穩(wěn)定性和使用壽命。如圖１邋－６所示為合金材料的儲(chǔ)鋰機(jī)制

逑與石墨和合金負(fù)極材料不同的嵌鋰機(jī)制，過(guò)渡金屬氧化物在充放電過(guò)程中發(fā)生的是逡逑轉(zhuǎn)化型反應(yīng)，如圖１－３和公式１－２所示，在充放電過(guò)程中有電子的轉(zhuǎn)移，發(fā)生了氧化還逡逑原反應(yīng)，從而具備儲(chǔ)鋰能力［１７，２５］。逡逑ＭＯ邋＋邋２Ｌｉ邋＋２ｃ－Ｍ邋＋邋Ｌｉ：０邐（１－３）逡逑（Ｍ邋＝邋Ｃｏ，邋Ｎｉ，邋Ｆｃ，邋Ｍｎ，邋Ｃｕ）逡逑過(guò)渡金屬氧化物除了理論容量遠(yuǎn)超商業(yè)石墨外，其還原電位也比石墨高，對(duì)于電位逡逑過(guò)低引起的鋰“枝晶”問(wèn)題能夠起到很好的抑制作用ｆ２６１。逡逑Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邐＼．３０－５０邋Ａ邐ｉｆ逡逑梙意逡逑ＭＸ邐Ｌｉ２Ｘ邋＋邋Ｍ邐ＭＸ逡逑圖１－７過(guò)渡金屬氧化物轉(zhuǎn)化反應(yīng)機(jī)理［２７）逡逑Ｋｉｇ．邋１－７邋Ｔｈｅ邋ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ邋ｒｅａｃｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ邋ｍｅｔａｌ邋ｏｘｉｄｅ．逡逑９逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 何菡娜;王海燕;唐有根;劉又年;;鈉離子電池負(fù)極材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2014年04期

2 李泓,李晶澤,師麗紅,朱廣言,陳鋟,盧威,黃學(xué)杰,陳立泉;鋰離子電池納米材料研究[J];電化學(xué);2000年02期

本文編號(hào)：2799727