碳包覆高比容量电极材料纳米结构设计及其储锂性能研究

发布时间：2021-01-22 10:22

　　锂离子电池由于绿色、环保及相对安全的特点被广泛应用于移动电子设备、电动交通工具等,随着需求的提高,以石墨为负极的传统锂离子电池逐渐不能满足人们对高容量的锂离子电池的要求。硫化锑、二氧化锡由于具有很高的理论比容量、成本低廉、工作电压低、对环境无污染等特点成为负极材料研究中的热点。但是,由于在充放电过程中其高达300%的体积膨胀及较大的阻抗使得容量的降低,限制了其在商业上的应用。因此,克服电极材料在充放电过程中的体积变化对电极结构的破坏,降低电极材料的阻抗,提高循环稳定性是硫化锑、二氧化锡材料需要解决的问题。本文以硫化锑、二氧化锡材料为研究对象,通过设计与中空碳复合的材料,研究了其作为负极材料的电化学性能。通过水热法、水浴法、硬模板法及低温退火等方法成功制备了超细三硫化二锑纳米颗粒嵌在中空介孔碳纳米球结构和中空碳纳米盒子包覆的二氧化锡纳米结构的纳米材料。它们表现出较高的比容量、优异的循环稳定性、良好的倍率性能。三氧化二锑嵌在中空介孔碳纳米球材料在100 mA/g的电流下经过160个循环后表现出745.3mAh/g的超高比容量,并且在500 mA/g电流下经过400个循环后,比容量依然高达4... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电池在电动工具、便携式电子设备、电动汽车和电网储能中的应用

的工作原理及特点离子电池的工作原理主要是锂离子在电池正极和负极之间的嵌入在外部电路电流的作用下，锂离子从正极嵌出，经过含有锂盐的电膜到达电池的负极，在电池的阴极获得电子，与负极的活性材料相上述过程相反，锂在负极失去电子形成锂离子而从负极嵌出进入电并穿过隔膜在电池正极与正极材料相结合。综合来说，锂离子电池锂离子在电极材料间的嵌入和脱嵌过程，这个过程就好像锂离子来回摆动，因此，锂离子电池又被形象地称为“摇椅电池”[50]。 LiCoO2为例展示了锂离子充放电原理。充电时，锂离子从正极脱，同时，Co3+失去电子被氧化成 Co4+；反应式为：Co3+-e-→Co4+。插入石墨中的同时，石墨得到从充电电路中得到电子，形成 LixC6； x e-+ 6 C → LixC6；放电过程与之相反。

图 3.1 制备 Sb2S3@C 的工艺流程图如图 3.1，展示了合成 Sb2S3@C 的工艺流程图。其主要分为两步，首先利用二氧化硅做模板，制备具有中空介孔结构的碳纳米球；接着，以碳纳米球为微反应器在水热条件下生长 Sb2S3纳米颗粒，形成 Sb2S3@C。3.2.1 中空介孔碳纳米球（MHCS）的制备介孔中空碳纳米球是用传统地模板法制备的[93]。简单来说，正硅酸四乙酯（TEOS）在水中水解产生二氧化硅的纳米球，以二氧化硅纳米球为核心，在表面包覆一层酚醛树脂（RF），在惰性气体保护下高温处理，酚醛树脂将转化为碳，再用热的氢氧化钠溶液将二氧化硅刻蚀掉，最终形成具有介孔结构的中空碳纳米球。具体操作如下，

【参考文献】：
期刊论文
[1]磷烯包覆的高性能硅基锂离子电池负极材料（英文）[J]. 彭勃,徐耀林,Fokko M.Mulder.  物理化学学报. 2017(11)
[2]不同硫源对锂离子电池负极材料Sb2S3的影响[J]. 谭玉明,侯清麟,陈宪宏,陈晗.  湖南工业大学学报. 2017(03)
[3]多孔锂-硅薄膜锂离子电池负极材料的电沉积制备及其电化学性能（英文）[J]. 吕荣冠,杨军,王久林,努丽燕娜.  物理化学学报. 2011(04)

硕士论文
[1]金属硫化物/石墨烯复合材料的合成及其电化学储锂性能[D]. 陈倩男.浙江大学 2016



本文编号：2993059