新型金属锑基负极材料的制备及其储锂/钠性能研究

发布时间：2021-01-29 17:09

　　近年来随着3C电子产品的高速发展和人们生活水平的逐步提高,对具有电压高、比能量大和安全性能好的储能设备的需求促使人们寻求新的电池材料。位于元素周期表第V主族第五周期的金属锑（Sb）和金属锡、硅类似,也是一种锂/钠离子电池负极材料。首先,我国是世界最大的Sb产量国,Sb资源丰富,价格低廉。其次,Sb具有高达660 mAh g^-1的理论比容量,并且Sb的嵌锂/钠电位为0.6-0.8 V ,可以有效的避免枝晶的出现,提高了安全性能。Sb在脱嵌锂/钠的过程中具有平坦的电化学反应平台,可以提供稳定的工作电压。但其缺点是在脱嵌锂/钠的过程中体积变化过大（175 % vs. Li,293% vs. Na）。对于这个问题,本文采用了原位合成的方法制备出不同形貌、不同结构的金属锑和碳的复合材料和合金材料,有效缓解了 Sb在反应过程中体积变化大的问题,提高了循环稳定性和倍率性能。具体如下:首先,采用水热合成法制备的金属有机框架Ni-MOFs作为前躯体,通过高温还原得到多孔的球状Ni（?）C复合材料,最后通过原位合成方法合成NiSbcCHSs（NiSb-embedded carbon ... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池的充放电原理示意图

C 原子组成的六元环组合而成，每一层之间又由范德华力相结合[45]（图 1.3 a）。状结构可以更有利于锂离子或钠离子的自由插入脱出，并且石墨的结构在反应程中比较稳定，充放电平台比较稳定，极化现象很小，但其表面缺陷比较多，易形成比较致密的 SEI 膜，导致首次循环效率较低；并且，石墨材料有与有机解液溶剂相容的缺点，会大大降低石墨的循环寿命[41]。

作为碳源进行包覆制备出了蛋黄核壳结构的 Sn@C 纳米立方(图 1.4 c,d)，立方内核中有足够的空间缓解 Sn 在脱嵌锂的过程中体积变化问题，同时外部的碳也提高了其导电性，作为锂离子电池负极材料，蛋黄核壳结构的 Sn@C 纳米立现出了较强的结构稳定性和长的循环稳定性。斯坦福大学的 Yi Cui 教授[73-78]在硅方面进行了大量的研究，也制备出了具有蛋黄核壳结构 Si@C 复合材料，表了较好的电化学性能。合金型负极材料具有大的比容量，随着深入的研究，有希望成为下一代大规模使用的负极材料。

【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池负极材料的研究进展[J]. 武明昊,陈剑,王崇,衣宝廉.  电池. 2011(04)
[2]锂电池发展简史[J]. 黄彦瑜.  物理. 2007(08)
[3]锂离子电池锑基复合氧化物负极材料的研究[J]. 吕成学,褚嘉宜,翟玉春,田彦文.  哈尔滨工业大学学报. 2004(10)
[4]锂离子电池隔膜的研究与开发[J]. 胡继文,许凯,沈家瑞.  高分子材料科学与工程. 2003(01)
[5]金属间化合物NiSb2吸放锂机理[J]. 谢健,赵新兵,曹高劭,赵明坚.  中国有色金属学报. 2002(06)
[6]钠离子电池研究进展[J]. 吴振军,陈宗璋,汤宏伟,李素芳.  电池. 2002(01)
[7]锂离子电池电解质现状与发展[J]. 黄峰,周运鸿.  电池. 2001(06)
[8]MSb2型金属间化合物作为锂离子电池负极材料的研究[J]. 蒋小兵,赵新兵,张丽娟,曹高劭,周邦昌,邬正泰.  材料科学与工程. 2001(01)
[9]锂离子电池碳负极材料的研究[J]. 吴升晖,尤金跨,林祖赓.  电源技术. 1998(01)

博士论文
[1]微纳结构及缺陷二氧化钛包覆层对锂/钠二次电池负极材料的改性研究[D]. 王娜娜.山东大学 2016
[2]锂离子电池合金负极材料的理论设计和合成[D]. 张敬君.复旦大学 2008

硕士论文
[1]高容量Sn-Cu、Sn-Ni锂离子电池负极材料的制备与性能研究[D]. 万艳玲.湘潭大学 2014
[2]高容量钴氧化物锂离子电池负极材料的制备及性能研究[D]. 刘春平.湘潭大学 2013
[3]钛基锂离子电池负极材料的合成及电化学性能研究[D]. 王宇翔.浙江大学 2012



本文编号：3007257