當(dāng)代社會面臨的能源短缺的問題愈加嚴(yán)峻,可再生能源的開發(fā)以及與之相關(guān)的儲能設(shè)備的研究受到了廣泛關(guān)注。鋰離子電池有體積小、重量輕、壽命長、環(huán)境友好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點。石墨由于成本低,環(huán)境友好,充放電電壓低,穩(wěn)定性好成為目前商業(yè)化程度最高的負(fù)極材料。但是,石墨的比容量較低,在循環(huán)過程中由于會發(fā)生石墨片層的剝落而縮短壽命,倍率性能和低溫性能較差,尚不能滿足新一代電動汽車對高能量密度和高功率密度的動力系統(tǒng)的要求。為了得到電化學(xué)性能更為優(yōu)異的石墨負(fù)極材料,本文制備了不同化合物改性的石墨材料,并對材料的微觀形貌,化學(xué)成分和反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了分析。(1)偏鋁酸鋰作為一種有前途的鋰離子導(dǎo)體,在改性鋰離子電池負(fù)極材料方面沒有得到應(yīng)有的重視。本文通過簡單地將適當(dāng)比例的Al(NO3)3、LiN03和石墨均勻混合并燒結(jié),成功制備出LiA102/C改性納米復(fù)合材料,并利用X射線光電子能譜(XPS)和X射線衍射(XRD)對LiA102改性石墨顆粒進(jìn)行了分析。電化學(xué)測試表明,LiA102/C復(fù)合材料在0.1C的電流密度下表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能和優(yōu)異的倍率性能。掃描電子顯微鏡(SEM)測試和拉曼光譜表明,燒結(jié)引起表面無序化程度的增加和LiAl02納米顆粒的均勻分布,這兩者均可以提高電池的電化學(xué)性能。利用了第一性原理模擬方法,確認(rèn)了鋰離子的傳輸途徑,證明了使用無機(jī)化合物來改善石墨的電化學(xué)性能的可行性。結(jié)果表明,偏鋁酸鋰晶格中的空位和原有的鋰可以為鋰離子傳輸提供三維通道,是一種優(yōu)良的鋰離子導(dǎo)體。(2)Li+插入/脫出過程中嚴(yán)重的體積變化和快速的容量衰減限制了氧化銅作為鋰離子電池負(fù)極材料和電極材料的潛在應(yīng)用。為了改善石墨的電化學(xué)性能,提出了一種通過在高溫下分解Cu(CH3C00)2.H20來獲得納米銅氧化物的新方法。通過混合溶液和高溫?zé)Y(jié)制備出含有無機(jī)化合物的改性石墨,其在120次循環(huán)后、在0.5 C的電流密度下的放電容量為493.3 mAh/g,并且在0.1 C的電流密度下循環(huán)155次后、其容量從522.8增加到675.9 mAh/g。顯微組織分析表明,石墨層的厚度和無序度的變化是由化學(xué)反應(yīng)引起的。通過第一性原理計算研究了嵌入不同金屬離子的石墨的結(jié)構(gòu),電導(dǎo)率和儲鋰性能。結(jié)果證明金屬嵌入可以有效地改善材料的性能。(3)前人的工作證明,鈕離子電池石墨負(fù)極的電化學(xué)性能可以通過熔融的堿金屬鹽處理石墨來改善。本文提出了一種將石墨顆粒和氯化鉀與去離子水簡單混合并燒結(jié)制備鋰離子電池石墨負(fù)極材料的方法,該方法安全、簡單且成本低。與未處理的石墨相比,經(jīng)過200次循環(huán)后,氯化鉀改性石墨的倍率性能在1C的電流密度時顯著提高至269.7 mAh/g,有效解決了限制石墨基鋰離子電池在混合動力汽車領(lǐng)域中應(yīng)用的瓶頸問題。應(yīng)用第一原理計算,分析了 K+對石墨鋰儲存容量的影響。本研究為采用鉀鹽改性處理其他負(fù)極材料,提高其電化學(xué)性能提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.11;TM912
【部分圖文】：

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??與電極材料相匹配是二次電池研究的另一個重點??放置與電池的正負(fù)極之間，減少短路風(fēng)險。其材質(zhì)通常為聚合物。??在電池面臨撞擊、擠壓等特殊情況時提供物理保護(hù)，防止問題。其材質(zhì)通常為具有較高比強(qiáng)度的聚合物或輕質(zhì)合金池的工作原理??池是典型的“搖椅式”電池［１９］？??ｏｎ?Ｃｈａｒｇｅ?ｅ?ｏｎ?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ??

Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＬｉＭｎ２〇４??自聚陰離子型磷酸鐵鋰（ＬｉＦｅＰ０４）自１９９７年［２９］被報道以來，作為：次電池??的圯極材料吸引了廣泛的關(guān)注。磷酸鐵鋰是橄欖石結(jié)構(gòu)（如圖１．３所小），理論比??容量為１７０?ｍＡｈ／ｇ，放電電壓在３．４Ｖ左右。這種材料成本低、環(huán)境友好、無毒、??循環(huán)性能優(yōu)異、穩(wěn)定性好，何是由于其電導(dǎo)率和鋰離子遷移率較低，倍率性能較??差。為了使其可以大規(guī)模應(yīng)用于電動汽車、混合動力汽車等的電池動力系統(tǒng)，仍??需要進(jìn)一步研究。??國懸??（ａ）空間結(jié)構(gòu)?（ｂ）ａｂ平面結(jié)構(gòu)??圖１．３?ＬｉＦｅＰ０４的晶體結(jié)構(gòu)［３０］：?（ａ）空間結(jié)構(gòu)；（ｂ）ａｂ平面結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＬｉＦｅＰ〇４：?（ａ）?ｓｐａｃｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?（ｂ）?ａｂ?ｆｌａｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??應(yīng)用在二次電池正極材料的三元材料ｕ要是由鎳、鈷、鋰構(gòu)成的三元材料，??例如ＮＭＣ（ＬｉＮｉｌ３Ｃｏｌ３Ｍｎｌ３Ｏ２），其理論比咨量為?２７０ｍＡｈ／ｇ，實際比容量是１８０??ｍＡｈ／ｇ

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本文編號：2889741