三氧化钼/碳负极复合材料与硅负级粘结剂的制备与储锂性能研究
发布时间：2021-07-28 07:40
近年来,随着便携式电子设备的更新换代与新能源汽车的普及,人们对主要动力源锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。传统石墨负极受限于其较低的理论比容量,注定将被淘汰。相比之下,比容量更高的转换型负极与合金型负极具有重要的研究意义。其中,三氧化钼负极与硅负极因其极高的理论容量（MoO3的理论比容量为1117 mAh g-1,Si的理论比容量为4200 mAhg-1）,受到了较多的研究。然而,这两种材料均有着循环前后体积变化大与导电性能差的本征缺陷,寻找具有普适性的改性手段有着很重要的意义。本文分别从设计纳米结构三氧化钼/碳负极复合材料与开发新型硅负极粘结剂两种策略入手,旨在获得比容量高、循环稳定的负极材料。主要研究内容如下:（1）通过热解有机硼酸酯纳米颗粒（BNP）与磷钼酸（PMA）反应得到的PMA-BNP中间体,得到了 MoO3-C负极复合材料。该复合材料具有分级石榴状纳米结构,内部高活性的氮掺杂碳核心可有效地增强材料的导电能力,镶嵌其上的三氧化钼颗粒是材料的主要容量来源,最外部的超薄碳层确保了材料的整体结构稳定性。（2）比较不同煅烧温度下所得产物的形貌与电化学性能,发现650℃为最优热处...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３原位ＴＥＭ对Ｍ〇０３极片的锂化过程分析结果
较为常??见的改进手段。Ｘｕｅ［９２ｉ等人报道了?ＭｏＣｂ／ＩｍＯａ复合物核壳纳米棒，在０．２Ｃ倍率下获得??了?１３０４?ｍＡｈ?ｇ＇１的较高容量，容量保持率高，循环５０圈后仍有１１１４?ｍＡｈ?ｇ－１的容量；??类似的，他们还报道了?Ｍｏ０３＠Ｍｎ〇２核壳纳米棒［９３】，０．１?Ｃ倍率下容量为１４７５?ｍＡｈ?ｇ－１，??５０圈后保留有１１２７?ｍＡｈ?ｆ的容量。Ｌｉｕ［Ｗ等人通过可调控的电化学沉积手段在丁丨０２纳??米线上包覆Ｍｏ０３，获得了?Ｔｉ０２－Ｍｏ〇ｄＳ壳纳米线阵列，如图１．４所示，ＴｉＣｂ核心具有??较好的结构稳定性，导电性良好，在支撑Ｍｏ０３的同时可提供一定循环容量，作为锂电??负极进行测试时，该材料在２５０?ｍＡｇ－１电流密度下获得了?６７０?ｍＡｈ?ｇ－１的初始容量，且??保持稳定循环容量超２００圈，与钴酸锂正极材料组成全电池时，获得了较为出色的电化??学性能，在５０?ｍＡｇ－１的电流密度下可保持１２０?ｍＡｈ?ｇ－１的稳定容量。??議＿＿Ｕ??图１．４?（ａ）初始Ｔｉ０２纳米线阵列的ＳＥＭ图像；（ｂ－ｃ〇不同分辨率下Ｔｉ０２－Ｍｏ０３核壳纳米线的ＳＥＭ??图像??Ｆｉｇ?１．４?（ａ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｉｓｔｉｎｅ?Ｔｉ〇２?ｎａｎｏｗｉｒｅ?ａｒｒａｙ；?（ｂ－ｄ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ??Ｔｉ〇２－Ｍｏ〇３?ｈｙｂｒｉｄ?ａｒｒａｙ?ａｎｏｄｅ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ??尽管已有大量改善Ｍｏ〇３材料循环、倍率性能的手段，受限于其固有的反应机理，??首次库伦效率低的问题仍是限制该材料进一步应用的较大阻碍。
第１０页?华东理工大学硕士学位论文??纳米颗粒电极完全可逆转换反应成功案例的启发，ＷａｎｇＭ等人设计了具有均匀分布??Ｍｏ０３与ＣｏＭｏＣＵ次级单位的复合材料Ｐ－Ｍｏ－Ｃｏ－ＨＭＳｓ，该材料的制备流程与锂化过程??机理如图１．５所示，嵌锂终点产生的纳米级Ｃｏ颗粒能够催化ＬｂＯ在脱锂过程中完全可??逆地转换为ＣｏＯ与Ｍｏ０３，与此同时，该材料的多孔结构提供了较大的电极／电解液接??触面积，缩短了电荷传输的路径，测试电化学性能时，该材料获得了接近１００％的首次??库伦效率，且在循环１００圈后仍保持了?１５９８．７?ｍＡｈ＃的极高容量。??（ａ）??Ｓｏｌｖｏｔｈｅｒｍａｌ?Ｃ?ａｌｃｉｎｉｎｇ??＝，一響??、ｌｏ０２｛ａ?ｃａｃ）２０（?’ｌ２?＼ｆｏ－Ｃｏ－ｐｒｅ?ｃｕｒｓｏｒ??ｅｔｈａｎｏｌ?ｓｏｌｕｌｉｏｎ??Ｇａｓ?ｒｅｌｅａｓｉｎｇ??Ｉｎ?ｓｉｔｕ?ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｉｎｇ??Ｋ，?丄??ｉ?ｈｙｂｒｉｄ?ｍｉｃｒｏｓｐｈｃｒｃ??图１．５?（ａ）复合材料Ｐ＿Ｍｏ－Ｃｏ－ＨＭＳｓ的制备流程图；（ｂ）锂化过程与Ｃｏ单质催化机理示意图??Ｆｉｇ?１．５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ?ｔｏ?ｆａｂｒｉｃａｔｅ?Ｐ－Ｍｏ－Ｃｏ－ＨＭＳｓ；?（ｂ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?Ｃｏ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｒｅａｃｔｉｎｇ??１．５硅负极材料??硅负极受益于其与锂离子间的合金化反应机理，在完全嵌锂的条件下可获得极高的??比容量ＭＺＯＯｍＡｈｇ－１），同时，其脱嵌
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池及其正极材料的研究进展[J]. 马荣骏. 有色金属. 2008(01)
本文编号：3307519
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３原位ＴＥＭ对Ｍ〇０３极片的锂化过程分析结果
较为常??见的改进手段。Ｘｕｅ［９２ｉ等人报道了?ＭｏＣｂ／ＩｍＯａ复合物核壳纳米棒，在０．２Ｃ倍率下获得??了?１３０４?ｍＡｈ?ｇ＇１的较高容量，容量保持率高，循环５０圈后仍有１１１４?ｍＡｈ?ｇ－１的容量；??类似的，他们还报道了?Ｍｏ０３＠Ｍｎ〇２核壳纳米棒［９３】，０．１?Ｃ倍率下容量为１４７５?ｍＡｈ?ｇ－１，??５０圈后保留有１１２７?ｍＡｈ?ｆ的容量。Ｌｉｕ［Ｗ等人通过可调控的电化学沉积手段在丁丨０２纳??米线上包覆Ｍｏ０３，获得了?Ｔｉ０２－Ｍｏ〇ｄＳ壳纳米线阵列，如图１．４所示，ＴｉＣｂ核心具有??较好的结构稳定性，导电性良好，在支撑Ｍｏ０３的同时可提供一定循环容量，作为锂电??负极进行测试时，该材料在２５０?ｍＡｇ－１电流密度下获得了?６７０?ｍＡｈ?ｇ－１的初始容量，且??保持稳定循环容量超２００圈，与钴酸锂正极材料组成全电池时，获得了较为出色的电化??学性能，在５０?ｍＡｇ－１的电流密度下可保持１２０?ｍＡｈ?ｇ－１的稳定容量。??議＿＿Ｕ??图１．４?（ａ）初始Ｔｉ０２纳米线阵列的ＳＥＭ图像；（ｂ－ｃ〇不同分辨率下Ｔｉ０２－Ｍｏ０３核壳纳米线的ＳＥＭ??图像??Ｆｉｇ?１．４?（ａ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｉｓｔｉｎｅ?Ｔｉ〇２?ｎａｎｏｗｉｒｅ?ａｒｒａｙ；?（ｂ－ｄ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ??Ｔｉ〇２－Ｍｏ〇３?ｈｙｂｒｉｄ?ａｒｒａｙ?ａｎｏｄｅ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ??尽管已有大量改善Ｍｏ〇３材料循环、倍率性能的手段，受限于其固有的反应机理，??首次库伦效率低的问题仍是限制该材料进一步应用的较大阻碍。
第１０页?华东理工大学硕士学位论文??纳米颗粒电极完全可逆转换反应成功案例的启发，ＷａｎｇＭ等人设计了具有均匀分布??Ｍｏ０３与ＣｏＭｏＣＵ次级单位的复合材料Ｐ－Ｍｏ－Ｃｏ－ＨＭＳｓ，该材料的制备流程与锂化过程??机理如图１．５所示，嵌锂终点产生的纳米级Ｃｏ颗粒能够催化ＬｂＯ在脱锂过程中完全可??逆地转换为ＣｏＯ与Ｍｏ０３，与此同时，该材料的多孔结构提供了较大的电极／电解液接??触面积，缩短了电荷传输的路径，测试电化学性能时，该材料获得了接近１００％的首次??库伦效率，且在循环１００圈后仍保持了?１５９８．７?ｍＡｈ＃的极高容量。??（ａ）??Ｓｏｌｖｏｔｈｅｒｍａｌ?Ｃ?ａｌｃｉｎｉｎｇ??＝，一響??、ｌｏ０２｛ａ?ｃａｃ）２０（?’ｌ２?＼ｆｏ－Ｃｏ－ｐｒｅ?ｃｕｒｓｏｒ??ｅｔｈａｎｏｌ?ｓｏｌｕｌｉｏｎ??Ｇａｓ?ｒｅｌｅａｓｉｎｇ??Ｉｎ?ｓｉｔｕ?ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｉｎｇ??Ｋ，?丄??ｉ?ｈｙｂｒｉｄ?ｍｉｃｒｏｓｐｈｃｒｃ??图１．５?（ａ）复合材料Ｐ＿Ｍｏ－Ｃｏ－ＨＭＳｓ的制备流程图；（ｂ）锂化过程与Ｃｏ单质催化机理示意图??Ｆｉｇ?１．５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ?ｔｏ?ｆａｂｒｉｃａｔｅ?Ｐ－Ｍｏ－Ｃｏ－ＨＭＳｓ；?（ｂ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ??ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌｉｔｈｉａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?Ｃｏ?ｃａｔａｌｙｔｉｃ?ｒｅａｃｔｉｎｇ??１．５硅负极材料??硅负极受益于其与锂离子间的合金化反应机理，在完全嵌锂的条件下可获得极高的??比容量ＭＺＯＯｍＡｈｇ－１），同时，其脱嵌
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池及其正极材料的研究进展[J]. 马荣骏. 有色金属. 2008(01)
本文编号：3307519
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