近年來,由于過渡金屬氧化物擁有高的理論容量,對(duì)環(huán)境友好,安全性好等優(yōu)點(diǎn),成為了鋰離子二次電池負(fù)極材料中一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域,為鋰離子電池帶來極大的運(yùn)用前景。其中錳氧化物的比容量大、無毒以及價(jià)格低廉等特點(diǎn),是其它過渡金屬氧化物無法相比的優(yōu)勢。然而由于其實(shí)際循環(huán)比容量低,充放電過程中表現(xiàn)出容量衰減快和循環(huán)性能差的缺點(diǎn),使其商業(yè)化受到限制。為了克服這些問題,本論文研究了以金屬-有機(jī)框架MOFs（Metal-Organic Frameworks）促進(jìn)錳氧化物性能的策略,即以錳離子作為高比表面積和高孔隙率MOFs的中心離子。改變合成條件,實(shí)現(xiàn)了錳氧化物的價(jià)態(tài)調(diào)控,制備出不同的錳系氧化物,應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料,表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能,獲得良好的儲(chǔ)能性能。具體研究工作如下:（1）采用有機(jī)和無機(jī)兩種溶劑制備得到形貌各異的MnO材料,應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。分別以去離子水和乙二醇作為溶劑,采用1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTCA）作為模板劑,有機(jī)金屬鹽乙酰丙酮錳（III）作為反應(yīng)物,制備得到含有碳和錳氧化物的MOF結(jié)構(gòu)復(fù)合物。經(jīng)過熱處理后,將兩種MnO材料應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極,... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：95 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池工作原理示意圖

第一章緒論5⑤必須安全，即避免電池的熱失控，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并不僅僅為某個(gè)電池單獨(dú)設(shè)置，但在用于電動(dòng)車輛和飛機(jī)等運(yùn)輸中需特別注意。⑥可逆脫嵌高度發(fā)生時(shí)，脫嵌過程中鋰離子的自由能變��；⑦鋰離子電池可逆容量大，電極電位不受鋰離子插入數(shù)量影響，維持良好的電壓平臺(tái)；⑧循環(huán)壽命長，循環(huán)性能好；⑨材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、制作工藝簡單、成本低，環(huán)保性好。關(guān)于這些的不同標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)現(xiàn)有離子電池負(fù)極材料展開相關(guān)的探索。對(duì)鋰離子電池負(fù)極材料進(jìn)行分類如下：碳材料；錫基材料；硅基材料；氮化合物和其他一些新型鋁合金陽極材料，圖1-2為不同負(fù)極材料的能量密度。1.3.1碳負(fù)極材料作為還原性最強(qiáng)的元素，金屬鋰作為負(fù)極與強(qiáng)氧化劑結(jié)合得到高電壓和高能量電池，有利于應(yīng)用于更高的能量密度電源。然而，由于金屬鋰在充電過程中形成鋰枝晶問題，相關(guān)的安全性和循環(huán)壽命問題似乎將其限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用[28]。與原來的鋰離子電池相比，負(fù)極為石墨烯的鋰離子電池的能量密度只有很小的降低，但卻大大提高了電池的使用壽命和安全性，很快實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)化[26]。石墨發(fā)生鋰化后的極限化合物為LiC6，具有850mAhcm-3的能量密度和372mAhg-1的理論容量，其值與碳材料極為相似[30]。目前，諸如石墨烯，碳納米管和無定形碳材料的碳材料常作為鋰離子電池負(fù)極[31]。圖1-2不同負(fù)極材料的能量密度

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8有的，由于Al和Si放電平臺(tái)超過Li/Li+0.3-0.4V，適合用于鋰的存儲(chǔ)。缺點(diǎn)是充放電滯后比較大、循環(huán)穩(wěn)定性差。目前研究比較多的有Si、Sn、Ge等。表1-1合金材料與其他材料性能對(duì)比材料LiCLi4Ti5O12SiSnMg密度(gcm-3)0.532.253.52.337.291.3鋰化相LiLiC6Li7Ti5O12Li4.4SiLi4.4SnLi4.4Mg理論比容量(mAhg-1)386237217542009943350理論電荷密度2047837613978672464355體積變化(%)100121320260100對(duì)鋰的電壓(~V)00.051.60.40.60.1雖然硅具有較高的理論比容量，遠(yuǎn)超過石墨電極，氧化物和各種氮化物[47]。但強(qiáng)烈的體積膨脹，導(dǎo)致合金破裂而粉化，進(jìn)一步對(duì)集流體與材料的電接觸產(chǎn)生破壞，出現(xiàn)容衰減。由于在嵌鋰時(shí)硅顆粒發(fā)生緊密接觸，顆粒形貌和體積發(fā)生明顯改變[48]。反之，脫鋰時(shí)，顆粒間失去接觸，劇烈的變化進(jìn)一步導(dǎo)致容量的衰減。因此必須采取措施對(duì)材料優(yōu)化，從降低與電解液的接觸和減小體積膨脹出發(fā)，綜合提升金屬合金電化學(xué)性能。幾種主要元素在合金化過程中體積變化達(dá)到96%~320%。因此目前金屬合金材料材料并未商業(yè)化應(yīng)用[49]。圖1-3不同金屬合金材料能量密度比較

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Fe-Based Metal-Organic Framework and Its Derivatives for Reversible Lithium Storage[J]. Yan Jin,Chongchong Zhao,Yichao Lin,Deyu Wang,Liang Chen,Cai Shen.  Journal of Materials Science & Technology. 2017(08)



本文編號(hào)：3365881