膨润土硅基材料及金属无机盐锂电池负极材料制备与电化学性能研究
发布时间：2021-12-23 08:19
随着世界经济的快速发展,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、长寿命、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自然资源是当前发展的必然趋势。锂离子电池由于功率密度和能量密度高、循环寿命长,对环境无污染等优点,被认为是电动汽车、混合电动汽车、空间卫星和大规模储能装置的有前景的候选者。但是当前具有高容量、高倍率性能的电极材料其价格仍然较高,因此,开发电化学性能好、价格低廉、环境友好的负极材料,是提高其作为储能体系电极材料的有效途径。如何提高锂离子负极材料的比容量、循环性能成为当前学术界、产业界的研究热点。本论文以膨润土为基质和硅源,采用热还原法合成了多孔硅基负极材料;用流变相法合成了一系列的Li3V2（PO4）3/C负极材料;采用简易的水热共沉淀法合成了Pb3（OH）2（CO3）2纳米片。通过XRD、XPS、SEM、TEM和电化学测...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
锂离子电池的工作原理[28]
目前正极材料主要有:Layered结构(LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、Spinel LiM2O4、Olivine聚阴离子LiMPO4、硅酸盐化合物Li2MSiO4以及硼酸化合物LiMBO3(M=Co、Fe、Mn和Ni等)。还有其他正极材料如LiV3O8、氧化物(V2O5和MnO2)、氟化物(FeF3)等。图1.2为几种正极材料的晶体结构和电化学反应[34]。1.2.1 层状结构LiMO_2
图1.5是几种负极材料的性能对比。为满足十三五提出的锂离子二次电池能量密度能达到300 Wh/kg以上的需求,硅基材料由于具有低电压平台、低成本等优势而显出巨大的潜力。由图1.5可知,硅基负极材料有以下几个特点:首先,理论比容量高达4200mAh/g(Li22Si5)。其次,电极电位适中,避免了锂枝晶的生成。但是硅基材料同样存在体积变化严重的问题,电极活性物质在充放电过程中容易脱落、粉化,其表面的SEI膜重复形成,导致硅基负极材料不可逆容量损耗大,循环性能变差[171-172]。其次,硅属于半导体材料,自身导电率小,造成首次库伦效率低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Li3V2-xMgx（PO4）3/C正极材料的制备及电化学性能研究[J]. 张钰. 化学研究与应用. 2019(11)
[2]高比能量锂离子电池硅基负极材料研究进展[J]. 谭毅,王凯. 无机材料学报. 2019(04)
[3]喷雾干燥法制备球形Li3V2（PO4）3/C正极材料及其电化学性能[J]. 李玲芳,范长岭,文政,曾斌. 化工进展. 2019(03)
[4]稀土离子掺杂对锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3/C的影响研究[J]. 马阳阳,王娟,王亮亮,任鸿飞. 化工新型材料. 2017(10)
[5]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)
[6]Surface modification of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 with Cr2O3 for lithium ion batteries[J]. LI Xiaowei, LIN Yingbin, LIN Ying, LAI Heng, and HUANG Zhigao Physics Department, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China. Rare Metals. 2012(02)
[7]磷酸钒锂正极材料的合成与性能研究[J]. 李丽,李国华,王石泉,冯传启. 无机化学学报. 2010(01)
[8]低温CoCl2催化热处理中间相炭微球用作锂离子电池负极材料[J]. 张永刚,王成扬,闫裴. 新型炭材料. 2007(01)
[9]微波碳热还原法制备Li3V2（PO4）3及其性能研究[J]. 应皆荣,姜长印,唐昌平,高剑,李维,万春荣. 稀有金属材料与工程. 2006(11)
[10]微波法合成正极材料Li3V2（PO4）3[J]. 任慢慢,李宇展,周震,高学平,阎杰. 电池. 2006(01)
博士论文
[1]钛交联蒙脱石多孔材料的复合制备与层间结构研究[D]. 刘涛.武汉理工大学 2010
硕士论文
[1]以硅藻土为硅源的锂离子二次电池负极活性材料制备研究[D]. 董慧佳.长春理工大学 2014
本文编号：3548131
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
锂离子电池的工作原理[28]
目前正极材料主要有:Layered结构(LiCoO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)、Spinel LiM2O4、Olivine聚阴离子LiMPO4、硅酸盐化合物Li2MSiO4以及硼酸化合物LiMBO3(M=Co、Fe、Mn和Ni等)。还有其他正极材料如LiV3O8、氧化物(V2O5和MnO2)、氟化物(FeF3)等。图1.2为几种正极材料的晶体结构和电化学反应[34]。1.2.1 层状结构LiMO_2
图1.5是几种负极材料的性能对比。为满足十三五提出的锂离子二次电池能量密度能达到300 Wh/kg以上的需求,硅基材料由于具有低电压平台、低成本等优势而显出巨大的潜力。由图1.5可知,硅基负极材料有以下几个特点:首先,理论比容量高达4200mAh/g(Li22Si5)。其次,电极电位适中,避免了锂枝晶的生成。但是硅基材料同样存在体积变化严重的问题,电极活性物质在充放电过程中容易脱落、粉化,其表面的SEI膜重复形成,导致硅基负极材料不可逆容量损耗大,循环性能变差[171-172]。其次,硅属于半导体材料,自身导电率小,造成首次库伦效率低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Li3V2-xMgx（PO4）3/C正极材料的制备及电化学性能研究[J]. 张钰. 化学研究与应用. 2019(11)
[2]高比能量锂离子电池硅基负极材料研究进展[J]. 谭毅,王凯. 无机材料学报. 2019(04)
[3]喷雾干燥法制备球形Li3V2（PO4）3/C正极材料及其电化学性能[J]. 李玲芳,范长岭,文政,曾斌. 化工进展. 2019(03)
[4]稀土离子掺杂对锂离子电池正极材料Li3V2（PO4）3/C的影响研究[J]. 马阳阳,王娟,王亮亮,任鸿飞. 化工新型材料. 2017(10)
[5]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)
[6]Surface modification of LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 with Cr2O3 for lithium ion batteries[J]. LI Xiaowei, LIN Yingbin, LIN Ying, LAI Heng, and HUANG Zhigao Physics Department, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China. Rare Metals. 2012(02)
[7]磷酸钒锂正极材料的合成与性能研究[J]. 李丽,李国华,王石泉,冯传启. 无机化学学报. 2010(01)
[8]低温CoCl2催化热处理中间相炭微球用作锂离子电池负极材料[J]. 张永刚,王成扬,闫裴. 新型炭材料. 2007(01)
[9]微波碳热还原法制备Li3V2（PO4）3及其性能研究[J]. 应皆荣,姜长印,唐昌平,高剑,李维,万春荣. 稀有金属材料与工程. 2006(11)
[10]微波法合成正极材料Li3V2（PO4）3[J]. 任慢慢,李宇展,周震,高学平,阎杰. 电池. 2006(01)
博士论文
[1]钛交联蒙脱石多孔材料的复合制备与层间结构研究[D]. 刘涛.武汉理工大学 2010
硕士论文
[1]以硅藻土为硅源的锂离子二次电池负极活性材料制备研究[D]. 董慧佳.长春理工大学 2014
本文编号：3548131
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