金屬鉍氧化物的制備及其電化學(xué)性能研究

發(fā)布時(shí)間：2020-03-30 16:01

【摘要】：在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下,以電池為儲(chǔ)能元件的便攜式小型電子產(chǎn)品的發(fā)展日新月異,純電動(dòng)汽車的發(fā)展勢(shì)頭迅猛,因此,尋求高效、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保的儲(chǔ)能設(shè)備已經(jīng)成為能源領(lǐng)域研究的關(guān)鍵。其中,以堿性二次電池和鋰離子電池為代表的高性能儲(chǔ)能器件,因具有能量轉(zhuǎn)化率高,使用方便、易于攜帶、安全可靠等特點(diǎn),廣泛的應(yīng)用在我們的日常生活中。本文制備出Bi2O3、Cu摻雜Bi2O3、Fe摻雜Bi2O3三種電極材料,作為負(fù)極材料,并分別組裝成堿性二次電池和鋰離子電池,研究所制備材料的電化學(xué)性能。本論文的主要內(nèi)容如下:1.以Bi(NO3)3·5H2O為原料,利用沉淀-高溫?zé)ㄖ苽銪i2O3材料,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出,當(dāng)Bi(NO3)3濃度為0.08molL-1,KOH濃度為1.5molL-1,煅燒溫度為450℃,煅燒時(shí)間為6 h,獲得電化學(xué)性能最優(yōu)的Bi2O3材料。將其與正極材料Ni(OH)2組裝成Bi2O3//Ni(OH)2堿性二次電池,在1Ag-1的電流密度下,其比容量為226 mAh g-1,經(jīng)500次循環(huán)后保持初始比容量的70%。2.以Bi(NO3)3·5H2O為原料,以氫氧化鉀為沉淀劑,利用共沉淀-高溫煅燒法制備Cu摻雜Bi2O3材料,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出,當(dāng)以乙酸銅為銅源、摻雜比例ncu/nBi=0.08,煅燒溫度為450℃,煅燒時(shí)間為6h時(shí),得到性能最佳的Cu摻雜Bi2O3材料。將其與正極材料Ni(OH)2組裝成Cu-Bi2O3//Ni(OH)2堿性二次電池。在1 A g-1的電流密度下,比容量為313 mAh g-1,經(jīng)500次循環(huán)后保持初始比容量的80%。3.以Bi(NO3)3·5H2O為原料,以氫氧化鉀為沉淀劑,利用共沉淀-高溫煅燒法制備Fe摻雜Bi2O3材料,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出,以草酸高鐵銨為鐵源,摻雜比例nFe/nBi=0.1,煅燒溫度為450℃,煅燒時(shí)間為6h時(shí),制備出電化學(xué)性能最佳的Fe摻雜Bi2O3材料。將其與鋰片組裝成半電池,在100 mA g-1的電流密度下,首次放電比容量為1060 mAhg-1,第二圈的可逆容量為550 mAh g-1 50次循環(huán)后,容量仍有285 mAh g-1,與純相的氧化鉍相比,摻雜后的材料,在容量和壽命兩個(gè)方面,都表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能。
【圖文】：

示意圖,鋰離子,工作原理,示意圖

因此對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)在能量密度和功率密度上的突破，^u逡逑發(fā)和設(shè)計(jì)新型的正負(fù)極電極材料是決定鋰離子電池向前發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。逡逑一般的鋰離子電池工作機(jī)理如圖１．１：充電時(shí)鋰離子從正極材料的晶格中脫逡逑出，穿過(guò)電解質(zhì)和隔膜，嵌入到負(fù)極材料的晶格中？，放電時(shí)鋰離子的運(yùn)動(dòng)軌跡正逡逑好相反，從負(fù)極材料的晶格中脫出，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)和隔膜，嵌入到正極材料的晶格逡逑中。在整個(gè)充放電過(guò)程中，鋰離子在正負(fù)極之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形如搖椅的來(lái)回?cái)[逡逑動(dòng)，，正因如此，鋰離子電池又稱為搖椅電池［＜３］。逡逑暮逡逑ｕｉ邋＾１逡逑Ａｎｏｄｅ邐Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邐Ｃａｔｈｏｄｅ逡逑（ｇｒａｐｈｉｔｅ）邐（ＬＩＣｏＯ＾）逡逑邐邐＾逡逑圖１．１鋰離子工作原理示意圖逡逑３逡逑

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