硼酸盐和有机共轭羰基类纳米材料的合成及其半/全电池性能研究
发布时间：2021-08-27 03:58
过渡金属硼酸盐因其优异的物理特性已被用于非线性光学、压电、铁电和半导体等领域,但其在锂离子电池方面的应用还处于研究初期。目前过渡金属硼酸盐负极材料的种类相对较少、合成方法较为单一、机理研究尚不透彻,阻碍了其进一步发展。钠离子二次电池因其自身优点被看作下一代锂离子电池尤其是在大型储能设备领域的替代品。但钠离子半径相对较大,传统的锂离子电池电极材料不能够直接沿用。因此,开发适合容纳钠离子的电极材料是非常有必要的。针对上述锂离子/钠离子电池面临的问题,本论文中主要在硼酸盐和有机共轭羰基化合物方面开展了相关的工作,主要包括以下四部分:（1）一维硼酸锰材料的合成及其锂电性能研究。以NH4HB4O7和Mn（NO3）2分别为硼源和锰源,通过选择不同的溶剂经过简单的水热/溶剂热过程,得到了两种一维Mn3B7O13OH纳米棒和MnBO2OH纳米棒束前驱体,经后续煅烧过程分别得到了 Mn2...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
商业化锤离子电池的工作原理，L
的体积膨胀高达４００％且随着循环圈数的增加，活性材料逐渐粉化进而从集流体??上脱落，导致循环稳定性特别差。近年来，研究者们为提高珪材料的稳定性主要??开展了Ｗ下几方面的工作（图１－巧；第一，纳米化，即将娃大颗粒材料通过机械??方法减小尺寸或从植物中原位提取纳米娃材斜。第二，表面包覆其他的材料，比??如通过包覆碳或导电聚合物材料（酷酸树脂）能够提高导电性的同时有效缓解体??积膨胀，提高循环稳定性。在最近的报道中，错纳米颗粒修饰的Ｓｉ＠Ｃ复合材??料能够有效的提高比容量和循环稳定性。在５００?ｍＡｇ－ｉ的电流密度下，１５０圈后??容量仍能保持在１７００?ｍＡｈ?ｇ－ｉ?＾上［１９１。第Ｈ，合成缺陷娃材料，降低结晶性。２０１５??年，王春省课题组通过简单的酸处理Ｓｉ－Ａｌ合金材料得到含有丰富缺陷的珪材料，??后经过聚多己胺的包覆、锻烧等过程得到Ｓｉ＠Ｃ复合材料。此Ｓｉ＠Ｃ表现出了非??常好的电化学性能，在１００?ｍＡｇ－ｉ的电流密度下，容量可达２２００?ｍＡｈ?ｇ－ｉ，在１０００??ｍＡｇ－ｉ的电流密度下循环１０００圈后仍能保持在ＴＯＯｍＡｈｇ－ｉＰＷ。第四，控制测试??电压窗口。通过Ｗ上四种方法
?Ｓｌｎａｎｏｒｏｄｉ?？ｃＷＷＮｎｆｌ??图１－２各种提升珪材料性能方式的示意图灿碳包潭＂］，（ｂ）碳＠〇６共同包覆ｌｉｓｉ，似缺陷??珪口?Ｗ。??（巧转换机制??转换机制的材料主要包括过波金属氧化物Ｐ１１、硫化物［２２１、氮化物口及磯??化物口４］，?ＭｘＮｙ（Ｍ＝Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ，Ｎ＝０、Ｓ、Ｎ、巧。此类材料在首次??放电后会转化为金属单质Ｍ和相应的化０、化Ｓ、ＬｂＮ、化Ｐ，在后续的充??电过程中回到原始状态。但是部分过渡金属复合氧化物、硫化物、氮化物和憐化?Ｕ??物在首圈循环后就会转变成简单的氧化物材料而无法实现可逆的恢复至原始材??料。在后续循环过程中电化学活性材料就转变成了简单的氧化物材料进行可逆充??放电过程，而与最初合成的材料完全不同。因此，转换机制材料的主体氧化??物材料为主。转换机制材料因具有原料丰富、理论比容量离（是商业石墨的２？３??倍）等优点而被广泛研究。但是，此类材料在循环过程中也会发生比较大的体积??变化，导致循环稳定性较差。另外，转换机制材料的离子扩散系数和电子扩散系??数往往较低，距离大规模实际应用还有很大距离。??为缓解体积效应，转换机制类材料也可Ｗ采用包覆、复合的方式。包覆层的??种类可Ｗ从传统的碳层拓展至导电聚合物、体积效应较小的二氧化铁等。杨剑教??授课题组在包覆二氧化钦方面做了很多工作。其中比较有代表性的工作是设计合??成了?Ｍｍ〇４＠Ｈ－Ｔｉ〇２（Ｈ－Ｔｉ化为氨化处理的?Ｔｉ〇２）［２５］。Ｍｉｉ３〇４＠Ｈ－Ｔｉ〇２?材料在?１００??ｍＡ?ｇ－ｉ的电流密度下循环１００圈后比容量仍能保持在６１５?ｍＡｈ?ｇ－ｉ。相比单一组??分的Ｍｍ化和Ｔｉ〇２
【参考文献】：
期刊论文
[1]多电子反应的可充锂电池无机与有机电极材料(英文)[J]. 张凯,轷喆,陶占良,陈军. Science China Materials. 2014(01)
[2]锂离子电池有机共轭羰基化合物电极材料研究进展[J]. 王诗文,陶占良,陈军. 科学通报. 2013(31)
[3]锂离子电池硼酸盐电极材料的研究进展[J]. 唐安平,刘立华,徐国荣,申洁,令玉林. 应用化学. 2012(11)
[4]Spinel lithium titanate (Li4Ti5O12) as novel anode material for room-temperature sodium-ion battery[J]. 赵亮,潘慧霖,胡勇胜,李泓,陈立泉. Chinese Physics B. 2012(02)
本文编号：3365604
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
商业化锤离子电池的工作原理，L
的体积膨胀高达４００％且随着循环圈数的增加，活性材料逐渐粉化进而从集流体??上脱落，导致循环稳定性特别差。近年来，研究者们为提高珪材料的稳定性主要??开展了Ｗ下几方面的工作（图１－巧；第一，纳米化，即将娃大颗粒材料通过机械??方法减小尺寸或从植物中原位提取纳米娃材斜。第二，表面包覆其他的材料，比??如通过包覆碳或导电聚合物材料（酷酸树脂）能够提高导电性的同时有效缓解体??积膨胀，提高循环稳定性。在最近的报道中，错纳米颗粒修饰的Ｓｉ＠Ｃ复合材??料能够有效的提高比容量和循环稳定性。在５００?ｍＡｇ－ｉ的电流密度下，１５０圈后??容量仍能保持在１７００?ｍＡｈ?ｇ－ｉ?＾上［１９１。第Ｈ，合成缺陷娃材料，降低结晶性。２０１５??年，王春省课题组通过简单的酸处理Ｓｉ－Ａｌ合金材料得到含有丰富缺陷的珪材料，??后经过聚多己胺的包覆、锻烧等过程得到Ｓｉ＠Ｃ复合材料。此Ｓｉ＠Ｃ表现出了非??常好的电化学性能，在１００?ｍＡｇ－ｉ的电流密度下，容量可达２２００?ｍＡｈ?ｇ－ｉ，在１０００??ｍＡｇ－ｉ的电流密度下循环１０００圈后仍能保持在ＴＯＯｍＡｈｇ－ｉＰＷ。第四，控制测试??电压窗口。通过Ｗ上四种方法
?Ｓｌｎａｎｏｒｏｄｉ?？ｃＷＷＮｎｆｌ??图１－２各种提升珪材料性能方式的示意图灿碳包潭＂］，（ｂ）碳＠〇６共同包覆ｌｉｓｉ，似缺陷??珪口?Ｗ。??（巧转换机制??转换机制的材料主要包括过波金属氧化物Ｐ１１、硫化物［２２１、氮化物口及磯??化物口４］，?ＭｘＮｙ（Ｍ＝Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ，Ｎ＝０、Ｓ、Ｎ、巧。此类材料在首次??放电后会转化为金属单质Ｍ和相应的化０、化Ｓ、ＬｂＮ、化Ｐ，在后续的充??电过程中回到原始状态。但是部分过渡金属复合氧化物、硫化物、氮化物和憐化?Ｕ??物在首圈循环后就会转变成简单的氧化物材料而无法实现可逆的恢复至原始材??料。在后续循环过程中电化学活性材料就转变成了简单的氧化物材料进行可逆充??放电过程，而与最初合成的材料完全不同。因此，转换机制材料的主体氧化??物材料为主。转换机制材料因具有原料丰富、理论比容量离（是商业石墨的２？３??倍）等优点而被广泛研究。但是，此类材料在循环过程中也会发生比较大的体积??变化，导致循环稳定性较差。另外，转换机制材料的离子扩散系数和电子扩散系??数往往较低，距离大规模实际应用还有很大距离。??为缓解体积效应，转换机制类材料也可Ｗ采用包覆、复合的方式。包覆层的??种类可Ｗ从传统的碳层拓展至导电聚合物、体积效应较小的二氧化铁等。杨剑教??授课题组在包覆二氧化钦方面做了很多工作。其中比较有代表性的工作是设计合??成了?Ｍｍ〇４＠Ｈ－Ｔｉ〇２（Ｈ－Ｔｉ化为氨化处理的?Ｔｉ〇２）［２５］。Ｍｉｉ３〇４＠Ｈ－Ｔｉ〇２?材料在?１００??ｍＡ?ｇ－ｉ的电流密度下循环１００圈后比容量仍能保持在６１５?ｍＡｈ?ｇ－ｉ。相比单一组??分的Ｍｍ化和Ｔｉ〇２
【参考文献】：
期刊论文
[1]多电子反应的可充锂电池无机与有机电极材料(英文)[J]. 张凯,轷喆,陶占良,陈军. Science China Materials. 2014(01)
[2]锂离子电池有机共轭羰基化合物电极材料研究进展[J]. 王诗文,陶占良,陈军. 科学通报. 2013(31)
[3]锂离子电池硼酸盐电极材料的研究进展[J]. 唐安平,刘立华,徐国荣,申洁,令玉林. 应用化学. 2012(11)
[4]Spinel lithium titanate (Li4Ti5O12) as novel anode material for room-temperature sodium-ion battery[J]. 赵亮,潘慧霖,胡勇胜,李泓,陈立泉. Chinese Physics B. 2012(02)
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