一维铁酸锌复合材料的制备、表征及其储锂性能研究
发布时间：2021-03-05 09:07
目前商用锂离子电池的负极材料主要是导电性优良、结构稳定的碳材料,但是碳材料的理论比容量较低,已经远远无法满足人类的对便携、高容量的储能需求,因此大量的、理论容量高的负极材料,成为人们的研究对象。过渡金属氧化物铁酸锌（Zn Fe2O4）的理论容量达到1072 mAh g-1,由于锌和铁的储量丰富,制备过程对环境无污染,成本低廉等特点,得到了人们广泛关注。但是ZnFe2O4的导电性差、充放电过程中体积效应严重的缺陷,导致材料的循环稳定性低、容量衰减快、倍率性能差,限制了该材料的应用。本文通过合理的结构设计、包覆等手段,以提高材料的结构稳定性,减小材料的体积效应,提高其导电性,增加其电化学活性位点,减小材料的极化效应使材料具有稳定的充放电平台,提高Zn Fe2O4负极材料的综合电化学性能。研究内容如下:（1）采用低温原位生长策略,可控制备了一维ZnO@ZnFe2O4复合纳米线,并揭示了其生长机制。...
【文章来源】：安徽工业大学安徽省
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池充放电原理示意图
图 1.2 锂离子电池常见的正/负极材料[6]Fig. 1.2 Various cathode and anode materials for lithium ion battery1.2 锂离子电池负极材料锂离子电池的负极材料是锂电池中作为储能的关键组成部分，它很大程度上影响了电池的实际容量。如何选择锂离子电池的负极材料，什么样的材料才能达到实际应用的选择标准。[20, 21]常用的标准有：（1）当充电时，电池负极嵌入锂离子时，它具有足够低的电位；反之，正极具有较高的电压，使全电池具有较高输出电压。（2）大量的锂离子能够进入负极材料，防止锂离子在材料表面富集形成锂枝晶，造成安全隐患，同时得到较高的比容量。（3 经过锂离子的反复脱嵌之后，电极材料的晶体结构能够保持稳定，进而得到优异的循环寿命性能。（4）负极材料需要传输电子，也需要传输离子，因此电子导电率和离子扩撒率对负极材料至关重要。优异的电子导电率和离子扩散率能有效的减小极化，从而能适应更大电流的循环充放电；（5）为使电池工作是拥有稳定的工作电压，负极材料充放电嵌脱锂的时候，需要不受脱、嵌锂影响的稳定
直到 1992 年索尼公司，采用碳材料替代金属锂作为锂电池的负极，成功的将锂离子电池带上了商业化的道路，并且一直沿用到今天。碳基材料根据它的结构特点，可分为了石墨化碳和非石墨化碳，其中非石墨化碳又被分为了软碳和硬碳。[22]石墨中的碳在 sp2的杂化轨道上会形成共价键，通过共价键的结合，他的结构是片层状的，层与层之间结合力属于范德华力。[23]如图 1.3 所示，负极材料的充放电过程中，锂离子会嵌入石墨的层间的位置，形成层间的 LixC6化合物，因此其理论容量只有 372 mAh g-1。它的脱、嵌锂的电位，大约在 0~0.25 V（vs Li+/Li）, 充放电平台十分稳定。[24]但是在锂离子电池当中，它作为负极材料还是存在着一系列问题。最主要的问题是石墨极易与电解液反应，在其表面生成一层 SEI 膜，消耗了正极提供的锂离子。这部分锂离子是不可逆的，导致了该电池的首效较低。此外，在嵌锂的过程中，其各向异性会致使其倍率性能大幅降低。与此同时，石墨的层间距比较大，其范德华力相对较弱，在充放电过程中，脱嵌锂时其层结构容易发生溶剂共嵌入的情况，这将导致材料的脱落，使电池的循环稳定性受到影响。针对上述的各种问题，通常通过包覆、参杂等方法，对其性能改进。[25]
本文编号：3064944
【文章来源】：安徽工业大学安徽省
【文章页数】：117 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池充放电原理示意图
图 1.2 锂离子电池常见的正/负极材料[6]Fig. 1.2 Various cathode and anode materials for lithium ion battery1.2 锂离子电池负极材料锂离子电池的负极材料是锂电池中作为储能的关键组成部分，它很大程度上影响了电池的实际容量。如何选择锂离子电池的负极材料，什么样的材料才能达到实际应用的选择标准。[20, 21]常用的标准有：（1）当充电时，电池负极嵌入锂离子时，它具有足够低的电位；反之，正极具有较高的电压，使全电池具有较高输出电压。（2）大量的锂离子能够进入负极材料，防止锂离子在材料表面富集形成锂枝晶，造成安全隐患，同时得到较高的比容量。（3 经过锂离子的反复脱嵌之后，电极材料的晶体结构能够保持稳定，进而得到优异的循环寿命性能。（4）负极材料需要传输电子，也需要传输离子，因此电子导电率和离子扩撒率对负极材料至关重要。优异的电子导电率和离子扩散率能有效的减小极化，从而能适应更大电流的循环充放电；（5）为使电池工作是拥有稳定的工作电压，负极材料充放电嵌脱锂的时候，需要不受脱、嵌锂影响的稳定
直到 1992 年索尼公司，采用碳材料替代金属锂作为锂电池的负极，成功的将锂离子电池带上了商业化的道路，并且一直沿用到今天。碳基材料根据它的结构特点，可分为了石墨化碳和非石墨化碳，其中非石墨化碳又被分为了软碳和硬碳。[22]石墨中的碳在 sp2的杂化轨道上会形成共价键，通过共价键的结合，他的结构是片层状的，层与层之间结合力属于范德华力。[23]如图 1.3 所示，负极材料的充放电过程中，锂离子会嵌入石墨的层间的位置，形成层间的 LixC6化合物，因此其理论容量只有 372 mAh g-1。它的脱、嵌锂的电位，大约在 0~0.25 V（vs Li+/Li）, 充放电平台十分稳定。[24]但是在锂离子电池当中，它作为负极材料还是存在着一系列问题。最主要的问题是石墨极易与电解液反应，在其表面生成一层 SEI 膜，消耗了正极提供的锂离子。这部分锂离子是不可逆的，导致了该电池的首效较低。此外，在嵌锂的过程中，其各向异性会致使其倍率性能大幅降低。与此同时，石墨的层间距比较大，其范德华力相对较弱，在充放电过程中，脱嵌锂时其层结构容易发生溶剂共嵌入的情况，这将导致材料的脱落，使电池的循环稳定性受到影响。针对上述的各种问题，通常通过包覆、参杂等方法，对其性能改进。[25]
本文编号：3064944
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3064944.html
