利用MXene构建锂离子电池纳米结构电极材料
发布时间：2020-12-28 09:22
与传统的二次电池相比,锂离子电池具有电压高（3.9 V）、比能量高（200Wh/kg）、工作温度范围宽（-4070 oC）、比功率大、放电平稳、存储时间长等显著优点,因此成为目前应用最广泛的储能技术。但为了进一步满足社会发展的需求,开发高能量密度和高功率密度的锂离子电池仍然是未来发展的主要趋势。而正负极材料作为电池的重要组成部分,对电池性能的表现具有决定性作用。在负极材料中,层状材料因其优异的储锂性能备受青睐。最近,一种新型的二维层状材料MXene,因其超高的导电率以及体积比容量成为了大家关注的热点。本文以最早发现的MXene（Ti3C2TX）为研究对象,一方面通过结构改性合成3D多孔的Ti3C2-rGO复合膜,抑制了Ti3C2TX片层的自堆叠,提高了复合膜材料的离子电导,使膜电极表现出优越的电化学性能;另一方面结合Ti
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)浙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同储能器件的能量密度-功率密度比较图
而实现这一转变的条件是电池正极和负极的电化学反应能够可逆进行[26]。如图1.2 所示，以石墨化结构的碳为负极，氧化钴锂为正极，其充放电过程的电化学反应如下式所示：正极：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-（1-1）负极：6C + xLi++ xe- LixC6（1-2）总反应：6C + LiCoO2 Li1-xCoO2+ LixC6（1-3）当电池充电时，电子由正极转移到负极，LiCoO2脱去锂离子呈缺锂状态；而石墨负极得到电子的同时嵌入锂离子，整个负极呈富锂状态。放电时，电子从负极转移到正极，同时锂离子从负极脱出；而正极材料嵌入锂离子的同时得到电子，发生还原反应。在充放电过程中，锂离子在整个电池体系来回穿梭，参与正负极的电化学反应，因此被称为锂离子电池。
图 1.3 石墨、软碳以及硬碳的结构模型[30]Figure 1.3 Structure diagrams of graphite, soft carbon and hard carbon[30]（4）中间相碳微球中间相碳微球（MCMB）是一种人造石墨，它是一种光学各向异性的由于 MCMB 的外表面是石墨结构的边缘面，反应活性较均匀，因此能的 SEI 膜，更有利于 Li+的可逆脱嵌。因此，MCMB 具有首圈效率高以能优异等优点，但同时也存在生产成本高等问题。目前商业化的 MCM量达到了 280～340 mAh g-1，首周效率可达到 94%，循环寿命可达到能基本满足消费电子产品的需要[31]。但高昂的制备成本，较低的产率的循环稳定性，使其与其他负极材料相比有一定的劣势[32]。表 1.1 对常材料的电化学性能进行了比较，从表中可以发现，各种负极材料都具性能优势，因此须根据需求选择不同的负极材料[29]。表 1.1 常见负极材料的性能对比[29]
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池硬碳负极材料的研究进展[J]. 李玉龙,刘瑞峰,周颖,郭宏毅,贺磊,邱介山. 材料导报. 2017(S1)
[2]中间相炭微球用于锂离子电池负极材料的研究进展[J]. 李伏虎,马爱玲,郑然. 化工新型材料. 2016(07)
[3]锂离子电池负极材料产业化技术进展[J]. 陆浩,刘柏男,禇赓,郑杰允,罗飞,邱新平,李辉,刘芳,冯苏宁,陈卫,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2016(02)
[4]锂离子电池基础科学问题(Ⅷ)——负极材料[J]. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 储能科学与技术. 2014(02)
[5]中间相炭微球的研究进展[J]. 高长超,李铁虎,程有亮,赵廷凯. 炭素技术. 2012(02)
本文编号：2943509
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)浙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同储能器件的能量密度-功率密度比较图
而实现这一转变的条件是电池正极和负极的电化学反应能够可逆进行[26]。如图1.2 所示，以石墨化结构的碳为负极，氧化钴锂为正极，其充放电过程的电化学反应如下式所示：正极：LiCoO2 Li1-xCoO2+ xLi++ xe-（1-1）负极：6C + xLi++ xe- LixC6（1-2）总反应：6C + LiCoO2 Li1-xCoO2+ LixC6（1-3）当电池充电时，电子由正极转移到负极，LiCoO2脱去锂离子呈缺锂状态；而石墨负极得到电子的同时嵌入锂离子，整个负极呈富锂状态。放电时，电子从负极转移到正极，同时锂离子从负极脱出；而正极材料嵌入锂离子的同时得到电子，发生还原反应。在充放电过程中，锂离子在整个电池体系来回穿梭，参与正负极的电化学反应，因此被称为锂离子电池。
图 1.3 石墨、软碳以及硬碳的结构模型[30]Figure 1.3 Structure diagrams of graphite, soft carbon and hard carbon[30]（4）中间相碳微球中间相碳微球（MCMB）是一种人造石墨，它是一种光学各向异性的由于 MCMB 的外表面是石墨结构的边缘面，反应活性较均匀，因此能的 SEI 膜，更有利于 Li+的可逆脱嵌。因此，MCMB 具有首圈效率高以能优异等优点，但同时也存在生产成本高等问题。目前商业化的 MCM量达到了 280～340 mAh g-1，首周效率可达到 94%，循环寿命可达到能基本满足消费电子产品的需要[31]。但高昂的制备成本，较低的产率的循环稳定性，使其与其他负极材料相比有一定的劣势[32]。表 1.1 对常材料的电化学性能进行了比较，从表中可以发现，各种负极材料都具性能优势，因此须根据需求选择不同的负极材料[29]。表 1.1 常见负极材料的性能对比[29]
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池硬碳负极材料的研究进展[J]. 李玉龙,刘瑞峰,周颖,郭宏毅,贺磊,邱介山. 材料导报. 2017(S1)
[2]中间相炭微球用于锂离子电池负极材料的研究进展[J]. 李伏虎,马爱玲,郑然. 化工新型材料. 2016(07)
[3]锂离子电池负极材料产业化技术进展[J]. 陆浩,刘柏男,禇赓,郑杰允,罗飞,邱新平,李辉,刘芳,冯苏宁,陈卫,李泓,陈立泉. 储能科学与技术. 2016(02)
[4]锂离子电池基础科学问题(Ⅷ)——负极材料[J]. 罗飞,褚赓,黄杰,孙洋,李泓. 储能科学与技术. 2014(02)
[5]中间相炭微球的研究进展[J]. 高长超,李铁虎,程有亮,赵廷凯. 炭素技术. 2012(02)
本文编号：2943509
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