镍基过渡金属电极材料的合成设计及其锂电性能的研究

发布时间：2020-04-18 02:06

【摘要】：随着新能源产业的不断创新,电子类设备在我们的生活中扮演了越来越重要的角色,而锂离子电池在其中发挥了不可代替的作用。尽管如此,锂离子电池的发展并没有跟上我们工作和生活日益增长的需求,由于其合成成本高,实际容量低,循环稳定性差的缺点,导致人们望而却步。过渡金属化合物由于其能量密度大等特点被大量应用在锂离子电池中,而镍基过渡金属化合物更是因其理论比容量高、自放电率低,使用安全性好等优势成为炙手可热的锂离子电池电极材料。如三元正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2和NiS2负极材料,它们的理论比容量分别是278和870 mAh g-1,但由于在充放电过程中,锂枝晶的产生和电极材料的体积膨胀以及较差的导电性等导致了电极材料的电化学性能不理想。为此,本文分别针对这两种电极材料提出了有效的提升电化学性能的方法,并做出了详细的解释与阐述。1.具有暴露的(001)晶面的圆盘状LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纳米片的合成及其锂离子电池性能的研究在Pechini法的基础上添加特定的表面活性剂span 85合成制备出圆盘状的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纳米片。结果表明,液体表面活性剂的添加对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2纳米片的形貌变化起关键作用,不仅能使纳米颗粒分散均匀,而且能改变纳米颗粒的大小,最重要的是可以暴露活性晶面。运用XRD详细分析了纳米片的物相组成,利用FESEM和HRTEM对纳米片的微观形貌进行了表征,并深入探究其应用在锂离子电池中的电化学性能。这种应用于锂离子电池的正极材料在2 C倍率下循环200圈后仍能保持在165 mAh g-1,其容量保持率为98.2%。2.榴莲状NiS2@rGO复合纳米材料的合成及其锂离子电池性能的研究通过添加适量的GO,运用EDTA-2Na辅助水热法合成榴莲状的NiS2@rGO纳米复合材料。结果表明,EDTA-2Na和GO的加入对榴莲状形貌的形成和倍率性能的提高发挥至关重要的作用:EDTA-2Na作为一种有效的螯合剂,能够与不稳定的Ni2+结合形成稳定的螯合物,避免了 Ni2+被GO氧化;GO的添加不仅会增加电极材料在充放电过程中的电导率,而且GO上的含氧官能团也可以作为NiS2成核的基底,石墨烯和NiS2之间的官能团可以促进纳米材料在成核和生长过程中的良好分散。当NiS2@rGO纳米复合材料应用于锂离子电池负极时,在100,200,500,1000,2000 mAg-1下充放电循环200圈之后,其可逆放电容量可以达到1053,947,885,798,603 mAh g-1。
【图文】：

示意图,锂离子电池,工作原理,示意图

逡逑１．３．２锂离子电池的工作原理逡逑锂离子电池工作过程的原理可用图１－１来解释［３］。逡逑正极是ＬｉＣｏ０２，负极是石墨，电解液为ＬｉＰＦ６的有机溶液。电池主要依靠锂离子在逡逑正负极之间嵌入－脱出并伴随相应的电子移动来工作：充电过程中，Ｌｉ＋会从ＬｉＣ0０２脱出，逡逑扩散并嵌入到石墨层间，，正极发生氧化反应，失去电子，而负极发生还原反应，得电子；逡逑放电过程中，Ｌｉ＋从石墨脱出，扩散并嵌入到ＬｉＣ0０２中，正极发生还原反应，得电子，逡逑而负极则发生氧化反应，失电子［３］。逡逑２逡逑

路线图,实验结果,层状结构,晶体结构

２．３实验结果表征与分析逡逑２．３．１产物物相与结构分析逡逑Ｄ－ＮＣＭ和ＳＦ－ＮＣＭ的晶体结构通过Ｘ射线衍射图像分析，如图２－２所示，Ｄ－ＮＣＭ逡逑的所有衍射峰都与ＳＦ－ＮＣＭ保持一致，表明了添加表面活性剂之后，晶体结构并未发逡逑生明显改变。衍射图像表明Ｄ－ＮＣＭ纳米片的结晶性非常好，属于（１＊３？６0２型（Ｒ邋５ｍ逡逑空间群）。（００６）邋／邋（０１２）和（１０８）邋／邋（１１０）双峰的明显分裂表明了邋Ｄ－ＮＣＭ是有序逡逑的层状结构。（００３）峰与（１０４）峰的强度比可以说明ＮＣＭ粉末的结晶度。／邋（００３）逡逑／Ｍ邋１０４）的比值越大，其层状结构越好。值得注意的是，Ｄ－ＮＣＭ中／邋（００３）邋／／邋（１０４）逡逑的之比为１．５２，高于ＳＦ－ＮＣＭ的１．４２，且都高于１．２，说明了阳离子混排程度都很低［７３，７４】。逡逑此外，通过放大图１中的布拉格峰和谢乐公式：逡逑Ｄ邋＝邋Ｋ邋Ｘ７（Ｂｃｏｓ邋０）逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TM912

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