本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池新型負極材料MgFe_2O_4的制備及改性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子電池具有比能量高、開路電壓高、循環(huán)壽命長、自放電率低、工作溫度范圍寬、無記憶效應和無環(huán)境污染等優(yōu)勢，作為新一代的綠色能源，可用于便攜式電子產(chǎn)品、電動交通工具及軍事領(lǐng)域等。負極材料是影響鋰離子電池性能優(yōu)劣的關(guān)鍵材料之一。目前，石墨等碳材料作為鋰離子電池負極材料已經(jīng)商品化。盡管碳材料在電化學循環(huán)性能、安全性能等方面比金屬鋰有了很大進步，但因碳材料的嵌鋰電位與金屬鋰相近，仍然會出現(xiàn)過充電時部分鋰離子在負極表面堆積從而形成鋰枝晶，造成安全隱患。另一方面，碳材料在第一次充放電時，會在活性物質(zhì)表面生成固態(tài)電解質(zhì)中間相（Solid ElectrolyteInterface Film，劑SEI膜），產(chǎn)生比較大的不可逆容量的損失，也增大了電極與電解液界面間的阻抗，從而使Li+的嵌入和脫出變得困難。因此研制新一代安全性好、比容量高、循環(huán)壽命長的新型負極材料已成為當前的首要任務。 鐵的二元和三元氧化物如：Fe_2O_3、Fe_3O_4、FePO4、ZnFe_2O_4、CoFe_2O_4和MgFe_2O_4等，因其價廉且對環(huán)境友好，是一類頗具潛力的鋰離子電池負極材料。MgFe_2O_4具有較高的理論比容量（1072mAh/g），遠遠高于其它的鋰電負極材料，其電壓平臺高于碳電極，可抑制金屬鋰的析出從而提高電池的安全性能，并且價廉低毒，不污染環(huán)境。目前，關(guān)于MgFe_2O_4作為鋰離子電池負極材料的報道很少。僅有的幾篇報道結(jié)果顯示該材料的循環(huán)穩(wěn)定性較差，并不具有應用價值。針對這種情況，本論文采用溶膠凝膠自燃燒法合成了MgFe_2O_4材料，并探討了碳和金屬氧化物包覆對材料電性能的影響規(guī)律。論文的主要內(nèi)容如下： 1.首先闡述了鋰離子電池的發(fā)展簡史及其構(gòu)成、特點等，介紹了作為鋰離子電池負極材料的條件及其研究發(fā)展現(xiàn)狀，并對MgFe_2O_4材料的合成方法、表征手段以及存在的問題進行了分析。以此，確定了本論文研究方向和內(nèi)容。 2.以熔點較低的硝酸鹽作為原料，檸檬酸作為絡(luò)合劑，采用溶膠凝膠自燃燒法制備出納米復合金屬氧化物MgFe_2O_4材料，探討了不同燒結(jié)溫度及保溫時間對MgFe_2O_4材料的結(jié)構(gòu)、形貌及電化學性能的影響，得出最優(yōu)實驗條件為：燒結(jié)溫度500℃，保溫時間2h制得的MgFe_2O_4材料的結(jié)晶度高，形貌規(guī)則，電化學性能優(yōu)良。并對由不同比例（質(zhì)量比）導電劑制成的極片組裝成的電池的電化學性能進行了比較，得出最佳的制片比例為活性物質(zhì)與導電劑、粘結(jié)劑的質(zhì)量比等于40:40:20，，從而獲得了良好的電性能。25℃下0.1C首次放電比容量為1123mAh·g~(-1)，50次循環(huán)過后保留容量為635mAh·g~(-1)，遠高于文獻中所報道的10次循環(huán)后容量穩(wěn)定在300mAh·g~(-1)。 3.選用三種有機物葡萄糖、β-環(huán)糊精、甘氨酸做為碳源，對MgFe_2O_4材料表面進行碳包覆。研究了碳源的種類和用量對MgFe_2O_4材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學性能的影響規(guī)律。對不同碳源包覆得到的MgFe_2O_4/C材料的電性能進行了比較，發(fā)現(xiàn)當碳源的比例均為15%時，合成的MgFe_2O_4/C復合材料的電化學性能比純MgFe_2O_4材料有明顯提高。對三種復合材料在25℃下進行0.1C循環(huán)充放電，其首次放電比容量分別為1699mAh·g~(-1)，1282mAh·g~(-1)，1616mAh·g~(-1)，50次循環(huán)后容量分別衰減到742mAh·g~(-1)、745mAh·g~(-1)、915mAh·g~(-1)，均比之前未包覆碳的MgFe_2O_4材料的放電比容量高。綜合看來，選用甘氨酸作為碳源，包覆比例15%合成的MgFe_2O_4/C材料的電性能改善最明顯。 4.分別選用金屬氧化物TiO_2和Al_2O_3對MgFe_2O_4材料進行表面包覆。研究了氧化物的種類和包覆量對MgFe_2O_4材料的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學性能的影響規(guī)律。對兩種不同氧化物TiO_2和Al_2O_3包覆得到的復合材料的電性能進行了比較，25℃下0.1C循環(huán)充放電其首次放電比容量分別為1068mAh·g~(-1)、911mAh·g~(-1)，50次循環(huán)后容量分別衰減到633mAh·g~(-1)、491mAh·g~(-1)。綜合看來，選用0.5%Al_2O_3對MgFe_2O_4材料進行表面包覆雖未提高循環(huán)容量值，但是在一定程度上提高了循環(huán)穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電池 MgFe_2O_4 溶膠凝膠自燃燒法 碳包覆 氧化物包覆 循環(huán)穩(wěn)定性
【學位授予單位】：河南師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM912;O614.811
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 概述12-14
• 1.2.1 電池發(fā)展簡史12
• 1.2.2 鋰離子電池的構(gòu)成12-13
• 1.2.3 鋰離子電池的工作原理13
• 1.2.4 鋰離子電池優(yōu)缺點13-14
• 1.3 鋰離子電池負極材料14-20
• 1.3.1 鋰離子電池對負極材料的要求15
• 1.3.2 鋰離子電池負極材料的發(fā)展15-18
• 1.3.3 鋰離子電池負極材料 MgFe_2O_4的合成方法18-19
• 1.3.4 鋰離子電池負極材料 MgFe_2O_4的表征手段19-20
• 1.4 本論文的選題依據(jù)、研究內(nèi)容及創(chuàng)新之處20-23
• 1.4.1 選題依據(jù)20
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容20-21
• 1.4.3 本論文的創(chuàng)新之處21-23
• 第二章 溶膠凝膠自燃燒法合成 MgFe_2O_4材料23-37
• 2.1 引言23-24
• 2.2 實驗部分24-25
• 2.2.1 材料的制備24
• 2.2.2 測試電池的組裝24
• 2.2.3 MgFe_2O_4材料的制備、表征和性能測試儀器24-25
• 2.3 結(jié)果與討論25-36
• 2.3.1 MgFe_2O_4前驅(qū)體的 TG/DSC 分析25
• 2.3.2 不同燒結(jié)溫度對 MgFe_2O_4材料微觀結(jié)構(gòu)及形貌的影響25-27
• 2.3.3 不同燒結(jié)時間對 MgFe_2O_4材料的微觀結(jié)構(gòu)及其形貌的影響27-30
• 2.3.4 不同質(zhì)量比制備極片組裝成電池的電化學性能比較30-33
• 2.3.5 不同燒結(jié)溫度對 MgFe_2O_4材料的電化學性能的影響33-34
• 2.3.6 不同燒結(jié)時間對 MgFe_2O_4材料的電化學性能的影響34-36
• 2.4 結(jié)論36-37
• 第三章 碳包覆對 MgFe_2O_4材料電性能的影響37-55
• 3.1 引言37
• 3.2 實驗部分37-39
• 3.2.1 材料的合成37-38
• 3.2.2 實驗電池的組裝38
• 3.2.3 MgFe_2O_4/C 材料的制備、表征和性能測試儀器38-39
• 3.3 結(jié)果與討論39-53
• 3.3.1 不同碳源制備得到的 MgFe_2O_4/C 前驅(qū)物的 TG 分析39
• 3.3.2 不同葡萄糖量對 MgFe_2O_4/C 材料的微觀結(jié)構(gòu)及其形貌的影響39-41
• 3.3.3 不同葡萄糖量對 MgFe_2O_4/C 材料的電化學性能的影響41-43
• 3.3.4 不同β-環(huán)糊精量對 MgFe_2O_4/C 材料微觀結(jié)構(gòu)及形貌的影響43-45
• 3.3.5 不同β-環(huán)糊精量對 MgFe_2O_4/C 材料電化學性能的影響45-47
• 3.3.6 不同甘氨酸量對 MgFe_2O_4/C 材料微觀結(jié)構(gòu)及形貌的影響47-49
• 3.3.7 不同甘氨酸量對 MgFe_2O_4/C 材料的電化學性能的影響49-51
• 3.3.8 不同碳源合成的 MgFe_2O_4/C 材料的電化學性能比較51-53
• 3.4 結(jié)論53-55
• 第四章 MgFe_2O_4材料表面包覆 TiO_2和 Al_2O_3的改性研究比較55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 實驗部分55-56
• 4.2.1 材料的合成55-56
• 4.2.2 測試電池的組裝56
• 4.2.3 復合材料的制備、表征和性能測試儀器56
• 4.3 結(jié)果與討論56-68
• 4.3.1 不同 TiO_2包覆量對合成的復合材料其結(jié)構(gòu)及形貌的影響56-59
• 4.3.2 不同 TiO_2包覆量對合成的復合材料的電化學性能的影響59-61
• 4.3.3 不同 Al_2O_3包覆量對合成的復合材料其結(jié)構(gòu)及形貌的影響61-64
• 4.3.4 不同 Al_2O_3包覆量對合成的復合材料的電化學性能的影響64-66
• 4.3.5 MgFe_2O_4材料表面包覆 TiO_2和 Al_2O_3的電化學性能比較66-68
• 4.4 結(jié)論68-69
• 第五章 結(jié)論69-71
• 參考文獻71-77
• 致謝77-79
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄79-80

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王雪松,楊桂琴,王曉曦,嚴樂美,韓冰;微乳-沉淀法制備納米尖晶石型MgFe_2O_4及表征[J];硅酸鹽通報;2001年03期

2 楊留方,李星,趙鶴云,吳興惠;MgFe_2O_4納米復合氧化物的制備和氣敏性能[J];硅酸鹽學報;2004年12期

3 黃玉潔,王軍,陳乾旺;MgFe_2O_4納米粉體的水熱合成及其表征(英文)[J];無機化學學報;2005年05期

  本文關(guān)鍵詞：鋰離子電池新型負極材料MgFe_2O_4的制備及改性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：431445