VA族纳米电极材料的设计合成及储锂性能研究
发布时间：2022-01-02 14:38
随着地球上的自然资源逐渐消耗以及化石燃料的过度开发给我们的生态环境带来的巨大的负担,迫使我们去寻找绿色清洁能源。而新兴能源例如太阳能、氢能、风能、核能、潮汐能在地理上的分布不均以及在时间上产生的间歇性等问题使得新兴能源的发展受到了阻碍。目前最为有效的方法是采用储能设备将新兴能源储存起来以便再次利用。锂离子电池由于其开路电压高、循环寿命长、能量密度大、无记忆效应等优势逐渐成为了主要的储能电化学体系,并被广泛使用于便携式电子设备与电动汽车。然而,由于商用锂离子电池负极材料石墨理论比容量较低(372 mAh g-1)无法满足市场对大型动力电池及储能电池的应用需求。除此之外,由于石墨的锂沉积电位较低（0.1V）会导致锂枝晶的生长并且造成安全问题。因此,我们急需开发各种新型的锂离子电池负极材料来解决这些问题。在众多被研究的负极材料中,VA族元素（Sb、Bi等）具有着高理论比容量、高能量密度、在自然界含量丰富、合适的锂沉积电位等优势,当使用作为锂离子电池负极材料时表现出巨大的潜力。但是,在锂离子插入和脱出地过程中,VA族元素负极材料会产生巨大的体积膨胀,...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同二次电池的比容量对比[6]
VA族纳米电极材料的设计合成及储锂性能研究-3-图1-2锂离子电池工作原理(以钴酸锂为正极，石墨为负极)[9]Figure1-2Theprinciplesoflithiumionbatteries(LiCoO2ascathode,graphiteasanode)[9]锂离子电池是一种以锂离子在正负极之间可逆的脱出和嵌入的由化学势控制的浓差电池。充电过程中，锂离子从正极材料钴酸锂中脱出形成Li(1-x)CoO2，然后经过电解液、穿过隔膜，最后嵌入到负极材料石墨中，同时电子由外电路到达正极，在这个过程中电池将电能转换为化学能。而放电过程与充电过程正好相反，锂离子从负极材料石墨中脱出，再次经过电解液、隔膜进入正极材料钴酸锂。这个过程往复发生从而达到可逆的锂存储性能。1.2.3锂离子电池的优点与传统的镍镉电池和镍氢电池等二次电池相比，锂离子电池具有以下一些独特的优势[11]。(1)输出电压高。一个锂离子电池的电压可达到3.2-3.7V，接近其他二次电池输出电压的三倍。因此在需要较高工作电压时，仅仅通过串联较少的锂离子电池就可以达到较高的电压。因此不仅节省了空间而还减少了单个锂离子电池之间的影响；(2)能量密度大。由于锂离子电池的工作电压高、容量大、体积孝质量轻等优点使锂离子电池的输出功率高达180-200WhKg-1；(3)工作温度范围广。在-25~40℃的温度范围内，锂离子电池可以很好的进行充放电工作；(4)安全性能好。现在商用锂离子电池大多采用能可逆脱嵌锂的材料如石墨来做负极，降低了采用锂作为负极时产生的锂枝晶问题，显著得提升了锂离子电池的安全性能；
VA族纳米电极材料的设计合成及储锂性能研究-6-次循环后，CNF800在0.5、1、5和10Ag-1的电流密度下容量仍然保持了约1251、865、702和305mAhg-1的容量(图1-3)。图1-3(a-d)CNF800的电化学性能和(e,f)形貌表征[18]Figure1-3(a-d)TheelectromechicalperformanceofCNF800,(e,f)morphologycharacterization[18]1.3.1.2钛基材料作为最有前途的LIB负极材料之一，与传统的石墨负极相比，Ti基材料具有着优异的循环稳定性，倍率性能和安全性[19-21]。然而，差的电子/离子传导性和相对低的重量/体积能量密度限制了钛基材料的实际应用。钛基材料中研究最多就是TiO2，TiO2由于其优异的循环稳定性、高工作电压(1.3-1.8Vvs.Li+/Li)、低成本和环境友好的优点，被认为是LIB中有前途的插入型负极材料。在TiO2的众多晶型物中，板钛矿TiO2(B)由于其独特地开放通道结构，可以提供快速的充放电能力。而且，与其他TiO2晶型相比，TiO2(B)可以容纳更多的Li+，理论比容量高达335mAhg-1。TiO2(B)的锂储存机理包含了混合
【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡金属氧化物负极材料的研究进展[J]. 卢璐,李军,蓝利芳,许帅军,黄思. 化工新型材料. 2018(09)
[2]Antimony-based intermetallic compounds for lithium-ion and sodium-ion batteries: synthesis, construction and application[J]. Wen Luo,Jean-Jacques Gaumet,Li-Qiang Mai. Rare Metals. 2017(05)
[3]溅射功率对Sb薄膜负极材料循环性能的影响[J]. 赵灵智,胡社军,田琴. 电源技术. 2009(08)
[4]锂离子电池及其材料[J]. 薄胜民. 无机盐工业. 2002(05)
本文编号：3564355
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同二次电池的比容量对比[6]
VA族纳米电极材料的设计合成及储锂性能研究-3-图1-2锂离子电池工作原理(以钴酸锂为正极，石墨为负极)[9]Figure1-2Theprinciplesoflithiumionbatteries(LiCoO2ascathode,graphiteasanode)[9]锂离子电池是一种以锂离子在正负极之间可逆的脱出和嵌入的由化学势控制的浓差电池。充电过程中，锂离子从正极材料钴酸锂中脱出形成Li(1-x)CoO2，然后经过电解液、穿过隔膜，最后嵌入到负极材料石墨中，同时电子由外电路到达正极，在这个过程中电池将电能转换为化学能。而放电过程与充电过程正好相反，锂离子从负极材料石墨中脱出，再次经过电解液、隔膜进入正极材料钴酸锂。这个过程往复发生从而达到可逆的锂存储性能。1.2.3锂离子电池的优点与传统的镍镉电池和镍氢电池等二次电池相比，锂离子电池具有以下一些独特的优势[11]。(1)输出电压高。一个锂离子电池的电压可达到3.2-3.7V，接近其他二次电池输出电压的三倍。因此在需要较高工作电压时，仅仅通过串联较少的锂离子电池就可以达到较高的电压。因此不仅节省了空间而还减少了单个锂离子电池之间的影响；(2)能量密度大。由于锂离子电池的工作电压高、容量大、体积孝质量轻等优点使锂离子电池的输出功率高达180-200WhKg-1；(3)工作温度范围广。在-25~40℃的温度范围内，锂离子电池可以很好的进行充放电工作；(4)安全性能好。现在商用锂离子电池大多采用能可逆脱嵌锂的材料如石墨来做负极，降低了采用锂作为负极时产生的锂枝晶问题，显著得提升了锂离子电池的安全性能；
VA族纳米电极材料的设计合成及储锂性能研究-6-次循环后，CNF800在0.5、1、5和10Ag-1的电流密度下容量仍然保持了约1251、865、702和305mAhg-1的容量(图1-3)。图1-3(a-d)CNF800的电化学性能和(e,f)形貌表征[18]Figure1-3(a-d)TheelectromechicalperformanceofCNF800,(e,f)morphologycharacterization[18]1.3.1.2钛基材料作为最有前途的LIB负极材料之一，与传统的石墨负极相比，Ti基材料具有着优异的循环稳定性，倍率性能和安全性[19-21]。然而，差的电子/离子传导性和相对低的重量/体积能量密度限制了钛基材料的实际应用。钛基材料中研究最多就是TiO2，TiO2由于其优异的循环稳定性、高工作电压(1.3-1.8Vvs.Li+/Li)、低成本和环境友好的优点，被认为是LIB中有前途的插入型负极材料。在TiO2的众多晶型物中，板钛矿TiO2(B)由于其独特地开放通道结构，可以提供快速的充放电能力。而且，与其他TiO2晶型相比，TiO2(B)可以容纳更多的Li+，理论比容量高达335mAhg-1。TiO2(B)的锂储存机理包含了混合
【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡金属氧化物负极材料的研究进展[J]. 卢璐,李军,蓝利芳,许帅军,黄思. 化工新型材料. 2018(09)
[2]Antimony-based intermetallic compounds for lithium-ion and sodium-ion batteries: synthesis, construction and application[J]. Wen Luo,Jean-Jacques Gaumet,Li-Qiang Mai. Rare Metals. 2017(05)
[3]溅射功率对Sb薄膜负极材料循环性能的影响[J]. 赵灵智,胡社军,田琴. 电源技术. 2009(08)
[4]锂离子电池及其材料[J]. 薄胜民. 无机盐工业. 2002(05)
本文编号：3564355
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