大颗粒氧化钼基复合材料的合成及储锂性能的研究

发布时间：2020-03-29 16:55

【摘要】：高比容量负极材料在提高锂离子电池能量密度和功率密度中起着关键作用。研究者通常采用构建不同纳米结构的活性物质,并在其中加入过量导电添加剂的方法,来解决过渡金属氧化物负极材料电导率低、活性物质在充放电过程中存在粉化的问题。然而,随着活性物质振实密度的降低和过量导电添加剂的加入,电极材料的能量密度会随之降低;而且,纳米结构会使材料表面更易生成过量的固态电解质界面层,使电池首圈库伦效率低,影响其电化学性能。本文制备了大颗粒氧化钼基复合物(MoO_x/C,x=2,3)负极材料,充分发挥了氧化钼理论比容量高的优点,同时有效避免了活性物质的粉化。本文主要研究内容如下:(1)通过热解由Keggin型多金属氧酸盐(POM)与双十八烷基二甲基溴化铵(DODA·Br)合成的复合物,得到了由非晶态MoO_x纳米颗粒嵌入氮氧共掺杂碳基质而组成的高机械强度微米级大颗粒(PD-650),与由MoO_2/C复合物纳米颗粒相互连接组成的高结晶度样品(PD-900)相比,PD-650展现出更优秀的首圈库伦效率(80%)、比容量、循环稳定性和倍率性能,在100 mA/g电流密度下循环280圈后比容量高于900 mAh/g,在1 A/g电流密度下循环600圈后比容量仍高于500 mAh/g。(2)热解由POM与质子化的三(3,6-二氧杂庚基)胺(TDA-1-H~+)构成的二维自组装复合物,得到一种具有内生导电网络的完整微米级大颗粒(50-100μm)复合材料(POM-650)。金属有机复合物前驱体可以保证大量的Mo-O团簇牢固地粘附在高弹性的整体结构中,没有明显的晶界和晶间空隙。热分解后的TDA-1-H~+不仅作为原位粘合剂,以粘合相邻的Mo-O部分,而且还充当锂离子通道,以促进周围Mo-O的充分锂化。这种整体电极结构具有不寻常的高比容量(1000mAh/g,100 mA/g)和良好的可逆性(至少循环750次,1 A/g)。即使在大电流密度下长期循环,这些大颗粒也不会出现粉化。
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第一章绪论1 课题研究背景能源是人类文明发展的基础，第二次工业革命后，伴随着内燃机的广泛使通运输业、制造业都迎来了蓬勃的发展，，人类的生活水平得到了极大地提此同时，人类对能源的依赖也越来越严重。大量消耗煤炭、石油、天然气燃料而产生的二氧化碳、固体废物和有毒气体等，给自然环境带来了沉重1]。然而，化石燃料是不可再生能源，因此，人类不得不开始寻找更加清源以减弱对化石燃料的依赖。因而对核能、太阳能、风能、地热能、潮汐物质等可再生能源的研究逐渐成为研究热点[2,3]，但是，这些可再生能源都以被直接利用的缺点。

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上海大学硕士学位论文。自 1991 年日本索尼公司推出首个以钴酸锂为正极，焦炭为负极的商用电池后，锂离子取得了蓬勃的发展[7]。锂的还原电位是所有元素中最低的得锂离子电池具有较高的电池电位。锂是第三轻的元素，而且锂离子是单离子中离子半径最小的离子之一，这些因素使得锂离子电池具有较高的质、体积容量和功率密度[8]。锂离子电池具有能量密度高（>180Wh/kg）、循长、无记忆效应、自放电率低、环境友好等优点[9]，被广泛的应用于智能手提电脑、电动汽车、无人机、人造卫星等民用和军用电子设备中[10-13]。2 锂离子电池概述及工作原理
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB332;TM912

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