钴钒氧化物基储能材料的制备及性能研究

发布时间：2022-01-12 03:44

　　锂离子电池作为新能源领域的重要组成部分,因其工作电压高、比量高、容量大、自放电小、循环性好、使用寿命长、重量轻、体积小等优点,在生活中有广泛的应用。商用锂电负极材料主要为石墨,其理论比容量为372mAhg^-1,容量相对较低是一个不可忽略的重要问题。Si是一种应用潜力巨大的下一代锂电负极材料(理论比容量高达到4200mAhg^-1),重要缺陷是Si的容量在循环过程中会有很大的衰减,并且Si材料本身也会有很大的体积膨胀,存在很大的弊端。研究人员发现过渡金属氧化物作为锂离子负极材料具有很大的应用前景,例如:ZnO、Co₃O₄、MnO₂、MoO₂等一元过渡金属氧化物,MnVO₃、MoV₂O₈、Co₃V₂O₈等多元过渡金属氧化物,上述过渡金属氧化物都表现出较高的理论比容量(>1000mAhg^-1)。其中,目前研... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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锂离子电池结构

图 1-2 锂离子电池工作原理示意图[8]根据反应原理的方程式及原理示意图可得，原始状态的 Li+存储在正极材料LiCoO2中，在充电条件下，Li+从 LiCoO2里脱离，在电池内部电场的作用下经由电解液和隔膜运动到负极，同时释放 Xe-经由外部电路到达负极，与负极的碳材料结合形成 LixC6。在放电时，Li+从 LixC6脱离，负极重新生成 C 材料，Li+经过电解液和隔膜回到正极，与正极的 Li1-XCoO2结合生成 LiCoO2，在外电路，电子从负极出发到达正极。在锂离子的充放电过程中，上述反应不断往复循环的进行1.3 锂离子电池负极材料锂离子电池的化学能储存在电极材料中，因此电极材料对电池性能起决定性的影响。电极材料可分为正极材料和负极材料，传统的比较成熟的商业化正极材料为 LiCoO2、LiFePO4、LiNiO2、NCA（镍钴铝酸锂）等。商业化的负极材料为石墨、LiTiO3，日本松下公司从 2012 年起将 Si 系合金应用于锂离子电池负极，同样显示出优异的性能，容量高达 4.0Ah，比同尺寸单元的业界最高容量的电池容量提升了将近 30%[9,11-15]。

电子科技大学硕士学位论文1.3.1 石墨负极材料碳材料因其资源丰富多样、成本低下，且导电性能优异、电化学性能稳定等优势，已成为目前使用最多的工业化锂电池负极材料，常见的碳材料有石墨、碳纳米管、石墨烯等。我国是世界上石墨储量最大的国家，占到世界总储量的 70%以上，也是石墨出口和生产第一大国，因此我国的石墨资源有先天的优势，由于石墨导电率高、离子迁移率快、锂离子嵌入脱离前后体积变化小、容量可观、电压平台低等优点，已成为目前使用最广泛的商业化锂离子电池负极材料[25]。锂离子是以层间嵌入的形式进入石墨片层，形成 LixC6（0<x<1），石墨的嵌锂模型如图 1-3所示。


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