铁基磷化物材料的合成及电化学性能研究

发布时间：2021-03-17 22:49

　　过渡金属磷化物具有独特的物理和化学性质,己经被广泛用于能源转化和存储器件的研究。其中,铁基磷化物因其更丰富的自然资源、优异的锂离子存储能力和催化活性,在高性能锂离子电池和电催化等领域具有广阔的应用前景。本论文从材料的晶体结构、微观结构和电子导电性等方面出发来寻找、设计和合成新型的铁基磷化物,并研究了其作为高性能锂离子电池负极材料的锂离子存储性能和电水解催化剂的催化性能。本论文的主要研究内容如下:（1）探索发现了“111”体系铁基超导体LiFeP满足高性能锂离子电池对负极材料的晶体结构和电子导电性的需求。通过传统高温固相反应法,以金属锂和FeP前驱粉末为原料,在850℃反应温度下于真空石英管中反应24 h后成功获得了 LiFeP黑色粉末。本论文中首次将LiFeP作为锂离子电池负极材料进行研究。该材料在0.3 Ag-1的电流密度下循环300圈之后能保持507 mAh g-1的高可逆容量,在1Ag-1倍率测试下,其可逆容量为188 mAh g-1,这些出色的电化学性能归因于LiFeP本身稳定的层状晶体结构和良好的电子导电性。在循环过程中,LiFeP负极材料出现了容量上升现象,机理研究表明,这... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：97 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１全世界能源分类及其在能源供给方面所占的比例［４］

较于其他可充电电池，锂离子电池拥有更高的工作电压（３．６Ｖ）、更大的能量密??、更长的循环寿命、更低的自放电率、更宽的工作温度范围、更轻的质量、无??忆效应以及无环境污染等优点［１７－１９］。因此，近年来锂离子电池领域己经成为??宄热点，并呈逐年递增形式，如图１－２所示［２０］。在商业上，锂离子电池在便??式电子设备中得到了广泛应用，目前已经在小型二次电池市场中占据了最大份??。值得一提地是，锂离子电池自１９９１年商业化一来，其能量密度己经从２００?Ｗｈ??１?（８０?Ｗｈ?ｋｇ４）增加到７００?Ｗｈ?Ｕ１?（２８０?Ｗｈ?ｋｇ—丨使得便携式电子设备待机时间??长，加速了电子设备的更新［２１－２５］。此外，锂离子电池正在作为电动汽车等需??高能量密度的大型设备的动力源进行深入的研宄［２６］，并取得了丰硕的研宄成??，目前许多汽车公司都生产出了可实际使用的纯电动汽车和混合动力汽车。然??与电化学电容器和传统汽油发动机相比，锂离子电池的功率密度较低，导致其??电时间较长，严重得限制了其在电动汽车等领域的大规模应用。除此之外，通??组装方式来实现锂离子电池在更大规模能量存储方面的应用也是研究学者们??宄的热点。因此，若想实现这些目标，开发具有更大能量密度和功率密度的高??能锂离子电池是关键。??？?，?．’

（１）嵌入／脱出型负极材料。该类型材料主要依靠锂离子通过扩散的方式可??逆进出其二维或者三维层状结构的层间间隙，整个过程中基本不会破坏材料原来??的晶体结构，表现出很好的循环稳定性（如图１－３所示）［４２］，主要包括石墨类??碳材料［４３］、Ｔｉ０２［４４］和Ｌｉ４Ｔｉ５０１２［４５－４７］等化合物。该类型负极材料的理论容量??普遍较低，使得它们并不适用于高性能锂离子电池。??４??


本文编号：3087852