過渡金屬氧化物鐵基負(fù)極材料的合成及改性研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-14 00:47
近年來,鐵基過渡金屬氧化物作為很有前景的鋰離子電池負(fù)極材料,以其低成本,無毒,自然豐度,相對較高的理論容量(?1000 mA h g-1)和易于大規(guī)模制造而備受關(guān)注,然而,鐵基過渡金屬氧化物充放電過程中的體積膨脹導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性差和導(dǎo)電性不好導(dǎo)致倍率性能差。本論文通過巧妙的設(shè)計(jì)合成了核殼Fe2O3@TiO2、多孔結(jié)構(gòu)Fe2O3/N-GO復(fù)合材料和核殼NiFe2O4@SiO2,以三種不同的改性方式來進(jìn)一步提升鐵基過渡金屬氧化物的電化學(xué)性能。研究內(nèi)容主要概括如下:（1）通過共沉淀法合成的納米顆粒Fe2O3,并利用酞酸丁酯的水解合成Fe2O3@TiO2核殼納米復(fù)合材料。當(dāng)用作鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行充放電測試,0.1 C的電流密度下,經(jīng)過100次循環(huán)后樣品1、2、3、4可逆比容量分別保持為29...
【文章來源】：西南科技大學(xué)四川省
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池的應(yīng)用鄰域Figure1-1TheapplicationofLithium-ionbattery
1緒論3圖中,按時(shí)間順序概述了20世紀(jì)70年代早期開發(fā)的“固溶電極”和70年代末提出的“搖椅式電極概念”的背景，這兩個(gè)分別用于鋰離子電池和固態(tài)電池(SSBs)[18]。在20世紀(jì)80年代確定合適的電極和電解質(zhì)材料之后，總結(jié)了20世紀(jì)90年代鋰離子電池的商業(yè)化和90年代以來鋰離子電池的主要改進(jìn)[19,20]。圖1-2“固溶電極”和“搖椅式電極概念”的背景下SSBs和LIBs的發(fā)展史Figure1-2developmenthistoryofSSBsandLIBsagainstthebackgroundof"solidsolutionelectrode"and"rockingchairelectrodeconcept"鋰離子電池的發(fā)展歷史雖然沒有太長但其發(fā)展速度十分迅猛。鋰二次電池的這個(gè)缺陷一直困擾了人們很久，直到“搖椅式電池”這一概念的提出，才從根本上解決了金屬鋰負(fù)極所帶了的安全問題[21]。上世紀(jì)八十年代，Armond等人[5]提出了采用嵌鋰化合物來作為二次鋰電池的正負(fù)極材料，在新的電池系統(tǒng)中，電池充放電時(shí)Li+是在正負(fù)極材料中反復(fù)的嵌入與脫出。由于Li+在正負(fù)極中的這種往返運(yùn)動像搖椅在搖動一樣，所以這種電池被形象地稱為“搖椅式電池”[22]。之后，Lazzari等人通過實(shí)驗(yàn)方式證明此種構(gòu)想的可行性[23]。在此同時(shí)，正極材料的研究也同樣取得了進(jìn)展，Goodenough等[24]先后提出了兩種重要的鋰離子電池正極材料，分別是LiCoO2和LiMn2O4。1990年，Nagoura等[25]以石焦油為負(fù)極，LiCoO2為正極成功研制出了電化學(xué)性能較好的鋰離子電池(C/LiCoO2)，并首次有了“Lithium-ionbattery”這一概念；1991年，Sony公司實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商業(yè)化；1997年，Goodenough等[26]在又提出了第三種重要的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰LiFePO4。此后，鋰離子電池各種電極材料不斷涌現(xiàn)，鋰離子電池的綜合性能得到不斷提高[27]。但隨著近年來電動汽車的?
西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4出電壓，單節(jié)鋰離子電池電壓可達(dá)3.6V，是傳統(tǒng)鎳鎘、鎳氫電池的三倍左右；(2)能量密度大。鋰離子電池的體積能量密度和質(zhì)量能量密度都高于傳統(tǒng)充電電池，是目前市面上能量密度最大的二次電池；(3)自放電率小(每月僅2~8%)。自放電率是電池電荷的保持能力，鋰離子電池之所以具有很小的自放電率，其原因在于鋰離子電池在首次充放電時(shí)，在負(fù)極的表面會形成一層SEI膜，它能夠有效阻止電子的通過，但并不會影響Li的通過。鋰離子電池的自放電率一般僅為鎳鎘、鎳氫電池的五分之一左右；(4)循環(huán)壽命長。鋰離子電池在正常使用下，充/放電循環(huán)次數(shù)一般大于1000次；(5)充電效率高。鋰離子電池的充電時(shí)間較其它充電電池短了很多，但想要運(yùn)用到動力電池上，充電時(shí)間仍然顯得較長，選擇高導(dǎo)電率的電極材料有利于提高其充電效率；(6)使用溫度范圍寬。鋰離子電池使用溫度范圍主要取決于電極材料、電解液和隔膜，通過選擇合適材料，能夠控制其使用溫度范圍。目前市面上的鋰離子電池使用溫度范圍一般在-20~60°C之間；(7)對環(huán)境友好。鋰離子電池中不含有傳統(tǒng)電池中所含有的重金屬元素，是一種綠色電池；(8)成本高。鋰離子電池中鋰、鈷等資源較為稀少，造成鋰離子電池沒有相比于傳統(tǒng)充電電池低成本的優(yōu)勢。1.2.3鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理鋰離子電池的組成主要包括正極材料、電解液、隔膜、負(fù)極材料和電池殼等。其外形一般有圓柱型、鈕扣形、方形、薄膜形，不同外形鋰離子電池的組成結(jié)構(gòu)如圖1-3所示圖1-3各種鋰離子電池的組成結(jié)構(gòu)圖(a)圓柱形,(b)紐扣型,(c)方形,(d)薄膜型Figure1-3compositionandstructureofvariouslithiumionbatteries(a)cylindrical,(b)button-shaped,(c)square,and(d)thin-film
本文編號：2915488
【文章來源】：西南科技大學(xué)四川省
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
鋰離子電池的應(yīng)用鄰域Figure1-1TheapplicationofLithium-ionbattery
1緒論3圖中,按時(shí)間順序概述了20世紀(jì)70年代早期開發(fā)的“固溶電極”和70年代末提出的“搖椅式電極概念”的背景，這兩個(gè)分別用于鋰離子電池和固態(tài)電池(SSBs)[18]。在20世紀(jì)80年代確定合適的電極和電解質(zhì)材料之后，總結(jié)了20世紀(jì)90年代鋰離子電池的商業(yè)化和90年代以來鋰離子電池的主要改進(jìn)[19,20]。圖1-2“固溶電極”和“搖椅式電極概念”的背景下SSBs和LIBs的發(fā)展史Figure1-2developmenthistoryofSSBsandLIBsagainstthebackgroundof"solidsolutionelectrode"and"rockingchairelectrodeconcept"鋰離子電池的發(fā)展歷史雖然沒有太長但其發(fā)展速度十分迅猛。鋰二次電池的這個(gè)缺陷一直困擾了人們很久，直到“搖椅式電池”這一概念的提出，才從根本上解決了金屬鋰負(fù)極所帶了的安全問題[21]。上世紀(jì)八十年代，Armond等人[5]提出了采用嵌鋰化合物來作為二次鋰電池的正負(fù)極材料，在新的電池系統(tǒng)中，電池充放電時(shí)Li+是在正負(fù)極材料中反復(fù)的嵌入與脫出。由于Li+在正負(fù)極中的這種往返運(yùn)動像搖椅在搖動一樣，所以這種電池被形象地稱為“搖椅式電池”[22]。之后，Lazzari等人通過實(shí)驗(yàn)方式證明此種構(gòu)想的可行性[23]。在此同時(shí)，正極材料的研究也同樣取得了進(jìn)展，Goodenough等[24]先后提出了兩種重要的鋰離子電池正極材料，分別是LiCoO2和LiMn2O4。1990年，Nagoura等[25]以石焦油為負(fù)極，LiCoO2為正極成功研制出了電化學(xué)性能較好的鋰離子電池(C/LiCoO2)，并首次有了“Lithium-ionbattery”這一概念；1991年，Sony公司實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商業(yè)化；1997年，Goodenough等[26]在又提出了第三種重要的鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰LiFePO4。此后，鋰離子電池各種電極材料不斷涌現(xiàn)，鋰離子電池的綜合性能得到不斷提高[27]。但隨著近年來電動汽車的?
西南科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4出電壓，單節(jié)鋰離子電池電壓可達(dá)3.6V，是傳統(tǒng)鎳鎘、鎳氫電池的三倍左右；(2)能量密度大。鋰離子電池的體積能量密度和質(zhì)量能量密度都高于傳統(tǒng)充電電池，是目前市面上能量密度最大的二次電池；(3)自放電率小(每月僅2~8%)。自放電率是電池電荷的保持能力，鋰離子電池之所以具有很小的自放電率，其原因在于鋰離子電池在首次充放電時(shí)，在負(fù)極的表面會形成一層SEI膜，它能夠有效阻止電子的通過，但并不會影響Li的通過。鋰離子電池的自放電率一般僅為鎳鎘、鎳氫電池的五分之一左右；(4)循環(huán)壽命長。鋰離子電池在正常使用下，充/放電循環(huán)次數(shù)一般大于1000次；(5)充電效率高。鋰離子電池的充電時(shí)間較其它充電電池短了很多，但想要運(yùn)用到動力電池上，充電時(shí)間仍然顯得較長，選擇高導(dǎo)電率的電極材料有利于提高其充電效率；(6)使用溫度范圍寬。鋰離子電池使用溫度范圍主要取決于電極材料、電解液和隔膜，通過選擇合適材料，能夠控制其使用溫度范圍。目前市面上的鋰離子電池使用溫度范圍一般在-20~60°C之間；(7)對環(huán)境友好。鋰離子電池中不含有傳統(tǒng)電池中所含有的重金屬元素，是一種綠色電池；(8)成本高。鋰離子電池中鋰、鈷等資源較為稀少，造成鋰離子電池沒有相比于傳統(tǒng)充電電池低成本的優(yōu)勢。1.2.3鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理鋰離子電池的組成主要包括正極材料、電解液、隔膜、負(fù)極材料和電池殼等。其外形一般有圓柱型、鈕扣形、方形、薄膜形，不同外形鋰離子電池的組成結(jié)構(gòu)如圖1-3所示圖1-3各種鋰離子電池的組成結(jié)構(gòu)圖(a)圓柱形,(b)紐扣型,(c)方形,(d)薄膜型Figure1-3compositionandstructureofvariouslithiumionbatteries(a)cylindrical,(b)button-shaped,(c)square,and(d)thin-film
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