基于天然纤维素物质的钛基/碳和碳/硫纳米复合材料的制备及储锂性能研究

发布时间：2021-06-06 10:08

　　随着世界经济的迅猛发展,煤、石油、天然气等不可再生化石能源日渐消耗的同时伴随着一系列严重的环境污染问题。因此,探究和研发高容量、高能量、使用寿命长、体积小重量轻、安全无污染的新型电化学储能体系以及有效地利用自然界中取之不尽的自然资源是当前发展的必然趋势。锂电池作为新一代可再生能量存储体系,因具有高能量密度、工作电压高、无记忆效应、绿色环保等特点,在电动汽车、混合动力汽车、移动电子设备等领域取得了飞速发展。因此,开发理化性质稳定、价格低廉、环境友好并具有电化学活性的能源材料,是提高其作为储能体系电极材料电化学性能的有效途径。其中,天然纤维素作为生物质资源的一种,在自然界中储量非常丰富,并具有良好的生物相容性和可降解性,且具备一定的机械强度和柔韧性。此外,作为一种天然高分子化合物,天然纤维素独特的层级三维网状结构赋予纤维素物质大的比表面积和多孔性等特点。因此天然纤维素物质可作为结构支架、碳源、反应底物,通过层层自组装技术,利用客体材料与纤维素表面存在的众多活性羟基作用,从而制备得到多种具有电化学活性的能源材料,又或是利用纤维素物质的多孔结构特点作为活性材料载体,从而进一步扩大天然纤维素在能... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：168 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１锂电池不同正、负极材料的电位窗口与容量示意图［３］??

间的嵌入和脱出过程只引起材料表面的层间距变化，不会破坏正负极活性材料的晶体结构??和化学构造。因此，从电化学与电能的相互转化看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反??应。以钴酸锂（ＬｉＣ〇０２）为正极的锂离子电池为例，电池工作原理示意图如图１．２所示［９］，??相关电极反应如下；充电时，Ｌｉ＋从ＬｉＣｏ０２的晶胞中脱出，Ｃｏ３＋氧化成Ｃｏ４＋；放电时，Ｌｉ＋??嵌入到ＬｉＣｏ０２中，Ｃｏ４＋还原成Ｃｏ３＋。??正极反应：ＬｉＣｏ〇２＋＾Ｌｉ／＿ｘＣｏ０２?＋?ｘＬｉ＋?＋?ｘｅ－?（１．１）??负极反应：６Ｃ?＋?ｘＬｉ＋＋?（１．２）??电池总反应：ＬｉＣｏ０２＋６Ｃ＋￣＾?ＬｉｋＣ〇０２?＋?ＬｋＣ６?（１．３）??？??０＊?？?Ｉ?６＂?一－？？??Ｃｈａｒｇｅ?＇?｜?Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?Ｉ??Ｉ?Ａｎｏｄｅ?Ｃａｔｈｏｄｅｌ??議一?ｆ讀１??圍?Ｕ－?—１?１??：＿广，卜禮，??Ｎｏｎ－ａｑｕｅｏｕｓ?Ｓｅｐａｒａｔｏｒ??ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??图１．２以石墨为负极、ＬｉＣ〇０２为正极的商业化锂离子电池的工作原理示意图［９］??４??

基于Ｌｉ＋在层状结构的电极材料中进行可逆脱嵌，如石墨碳负极和锂金属氧化物正极材料??由于Ｌｉ＋只能通过与电极材料中特定活性位点相结合发生嵌锂反应，因此锂离子电??池的理论能量密度一般限定在４２０Ｗｈｋｇ＿１或ＭＯＯＷｈＬ－１?（图１．４所示）［５７，６ａ］。另一方面，??Ｅｎｅｒｇｙ?Ｄｅｎｓｉｔｙ??—２?一?ｇ??ｄＳ?Ｐｉ?４２叫??Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ?｜恐多－?ｆ?２８００?Ｗｈ／Ｌ??Ｓ?．?」＿佩??ｎ?Ｌｉｔｈｉｕｍ－ｓｕｌｆｌｉｒ?ｂａｔｔｅｒｙ?＾?Ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ??图１．４锂硫电池和锂离子电池（石墨碳负极和ＬｉＮｉｗＭｎｗＣｏ＾Ｏｄ的能量密度对比柱状图［５７，６Ｇ】??１３??

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3214162