發(fā)布時間：2020-08-21 18:42

【摘要】：能源與環(huán)境是當今世界面臨的兩大問題。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)壽命長等優(yōu)點,但其廣泛應(yīng)用的石墨負極材料理論比容量低,很大程度上限制了其在大型儲能裝置中的應(yīng)用。本論文針對上述問題設(shè)計并合成不同微納結(jié)構(gòu)的過渡金屬氧化物。微納結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物作為鋰離子和鈉離子電池負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)活性位點更多暴露,從而有效提高電池負極材料的比容量。具體研究內(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極材料顯示出良好的電化學性能。(2)多層級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ZnO/Co3O4微米球,多層級ZnO/Co3O4微米球作為鋰離子電池負極材料,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,氨水和過氧化氫作為絡(luò)合劑,室溫條件下在銅片基底上原位生長氫氧化銅納米棒陣列,通過后續(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。
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB302;TM912
【圖文】：

屬本身在發(fā)生合金化的同時會發(fā)生ｈ：大的體積膨脹，Ｓｎ的體積膨脹率達到３００％，反應(yīng)逡逑過程較大的應(yīng)力的產(chǎn)生，導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鋰機制，其較人的逡逑體積膨脹，使其性能難以達到商業(yè)化的應(yīng)用標準。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鋰合金負極材料逡逑在Ｓｏｎｙ公司推出碳基材料作為鋰離子電池負極材料之前，研究者更多關(guān)注鋰的合逡逑金負極材料�，F(xiàn)在重點研究的為兩元合金，包括有Ｌｉ－Ｓｂ，Ｌｉ－Ｓｎ，Ｌｉ－Ｃｄ等，相對于碳材料，逡逑金屬材料具有較高的儲鋰理論容量，其中Ｓｎ的儲鋰理淪容量為９９４邋ｍＡｈｇ＇邋Ｓｉ達４２００逡逑ｍＡｈｇ－１，邋Ｇｅ為１６００邋ｍＡｈｇ－１，其中Ｓｎ電位較低，被認為是與希望代涔碳成為鋰離廣負極逡逑材料的物質(zhì)公式１－２反映了合金負極材料與鋰發(fā)生反應(yīng)的過程中的物質(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)生嵌鋰機制相比，金屬材料的缺點也很顯著，即在充放電過程中，金逡逑屬本身在發(fā)生合金化的同時會發(fā)生ｈ：大的體積膨脹，Ｓｎ的體積膨脹率達到３００％，反應(yīng)逡逑過程較大的應(yīng)力的產(chǎn)生，導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鋰機制

逑與石墨和合金負極材料不同的嵌鋰機制，過渡金屬氧化物在充放電過程中發(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）逡逑過渡金屬氧化物除了理論容量遠超商業(yè)石墨外，其還原電位也比石墨高，對于電位逡逑過低引起的鋰“枝晶”問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過渡金屬氧化物轉(zhuǎn)化反應(yīng)機理［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】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 何菡娜;王海燕;唐有根;劉又年;;鈉離子電池負極材料[J];化學進展;2014年04期

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

本文編號：2799727