MnO/C负极材料的微结构调控及储锂性能研究
发布时间：2020-12-04 11:16
负极材料作为锂离子电池的重要组成部分,极大制约着电池整体的性能发挥。过渡金属氧化物作为一种低成本、高密度的新型负极材料,具有商业化的石墨负极23倍的理论容量,是一种极有前途的新一代锂离子电池负极材料。然而该类材料具有低的电子/锂离子导电率,并且在充放电过程中伴随巨大的体积变化,使得其倍率性能差循环寿命短,难以满足实际应用要求。因此,本文以高性能MnO/C负极为目标,首先将MnO纳米晶镶嵌在碳纳米片中,通过提升电极的导电性提高了倍率性能;随后为进一步提高复合结构的稳定性,以碳热还原工艺制备了蛋黄壳结构的MnO@C,通过解决体积膨胀问题,得到了具有良好循环性能的蛋黄壳状MnO@C颗粒;最后,通过结合以上两种复合结构的优势,设计合成了“孔中球”结构的MnO@C纳米片,使材料同时具备了优异的倍率性能与循环性能。具体研究结果如下:通过高温煅烧片状柠檬酸锰铵,得到了多核壳结构的MnO/C复合纳米片。该过程同时实现了MnO颗粒的原位镶嵌及N元素掺杂。通过改变煅烧温度,调整了MnO/C复合纳米片的孔结构、石墨化程度以及镶嵌的颗粒尺寸。800oC煅烧后的产物由...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
嵌入式负极材料的反应机制示意图(M：金属原子X：非金属原子)
图 1-4 嵌入式负极材料的反应机制示意图(M：金属原子 X：非金属原子)[4]Fig. 1-4 The schematic illustration of the reaction of insertion-type anode materials2 合金化反应类合金化反应类材料能够在电化学反应过程中与锂发生合金化，能够具比容量，其中最具关注度的 Si 负极为例，通过合金化形成 Li4.4Si， 4400 mAh/g-1的理论容量[12]。在合金化时，原始的晶体结构被完全 1-5)[20]，形成含有锂的复合相 LixM (M = Si，Sn,，Al，Ge，等)[10]，
图 1-6 转换反应类材料嵌锂过程的三个阶段示意图[34]Fig. 1-6 The schematic illustration of three lithiation stages of conversion-type materials[34]从转换反应的原理可以看出，MX 中 X 的摩尔质量越小，该材料具有的理论比容量越高。因此，相比于磷化物、硫化物、氟化物，碳、氮、氧化物从高容量的角度上来看更具有应用前景。而后三者之中，金属氧化物最易制备，且合成成本低。根据式 (1-4)，过渡金属氧化物能够具有约传统石墨负极 2~3 倍的比容量(600~1000 mAh g-1)。不仅如此，过渡金属氧化物还具有低成本，密度高等特点，是极有潜力的新一代高容量负极材料。1.4 过渡金属氧化物负极材料的改性策略由上节可知，过渡金属氧化物能够通过转换反应与界面储锂获得极高的可逆容量，再结合其低成本、高密度的天然优势，使之成为了最有潜力替代传统石磨负极的新一代负极材料。然而，该类材料所具有的低电子/锂离子电导率及其在嵌锂/脱锂时伴随的巨大的体积变化使之难以发挥其高比容量的潜力，并且倍率性能及循环性能极差[8]。研究者们针对这一现状，通过各种材料合成
本文编号：2897504
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
嵌入式负极材料的反应机制示意图(M：金属原子X：非金属原子)
图 1-4 嵌入式负极材料的反应机制示意图(M：金属原子 X：非金属原子)[4]Fig. 1-4 The schematic illustration of the reaction of insertion-type anode materials2 合金化反应类合金化反应类材料能够在电化学反应过程中与锂发生合金化，能够具比容量，其中最具关注度的 Si 负极为例，通过合金化形成 Li4.4Si， 4400 mAh/g-1的理论容量[12]。在合金化时，原始的晶体结构被完全 1-5)[20]，形成含有锂的复合相 LixM (M = Si，Sn,，Al，Ge，等)[10]，
图 1-6 转换反应类材料嵌锂过程的三个阶段示意图[34]Fig. 1-6 The schematic illustration of three lithiation stages of conversion-type materials[34]从转换反应的原理可以看出，MX 中 X 的摩尔质量越小，该材料具有的理论比容量越高。因此，相比于磷化物、硫化物、氟化物，碳、氮、氧化物从高容量的角度上来看更具有应用前景。而后三者之中，金属氧化物最易制备，且合成成本低。根据式 (1-4)，过渡金属氧化物能够具有约传统石墨负极 2~3 倍的比容量(600~1000 mAh g-1)。不仅如此，过渡金属氧化物还具有低成本，密度高等特点，是极有潜力的新一代高容量负极材料。1.4 过渡金属氧化物负极材料的改性策略由上节可知，过渡金属氧化物能够通过转换反应与界面储锂获得极高的可逆容量，再结合其低成本、高密度的天然优势，使之成为了最有潜力替代传统石磨负极的新一代负极材料。然而，该类材料所具有的低电子/锂离子电导率及其在嵌锂/脱锂时伴随的巨大的体积变化使之难以发挥其高比容量的潜力，并且倍率性能及循环性能极差[8]。研究者们针对这一现状，通过各种材料合成
本文编号：2897504
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2897504.html
