碳包覆锰基钒酸盐微纳结构的构筑及电化学性能研究
发布时间：2021-04-19 01:16
近年来,我国对化石能源的依赖增大,由此导致一系列环境问题。而开发新能源需要优秀的储能装置,锂离子电池作为目前电子设备的主要功能装置,已经广泛应用于人们的生产和生活。过渡金属钒酸盐具有储量丰富、理论容量高等特点,成为了负极材料的研究热点,但仍然存在电子电导率低、循环过程中体积膨胀较大等问题,导致目前研究进展缓慢,电化学性能欠佳。本文从锰系钒酸盐的微观结构设计和复合改性出发,通过常压微波辅助液相法制备了具有不同微观形貌的钒酸锰材料,并采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET等表征手段,分析其组成、微观形貌以及微纳结构;进行电化学性能测试,探究材料的结构与性能之间的联系,研究锰系钒酸盐电化学性能提升的方法和根本原因。采用常压微波辅助液相法,通过调节Mn和V的比例、反应条件、pH值等工艺,制备了Mn2V2O7叠片前驱体,MnV2O6·2H2O双片前驱体。其次,通过时间切片实验、控制变量法等提出了双片形成的机理。对上述两种材料组装电池,进行电化学性能评价。Mn
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
987-2017年所有研究出版物（黑色）与电池出版物（蓝色）的比较图
图 1-2 锂离子电池工作原理数十年研究发展，科学家们已经研制出多种材料可用于或者已电池电极材料。寻找比纯 Li 金属更安全和更稳定的负极材料也步，但出于对能效和安全性的担忧，到目前为止的其他负极材料业化，商用负极材料仍以碳基材料为主[1]。直到 1997 年，GoodePO4作为正极材料，取代对环境有害的 LiCoO2后，新型的锂离广泛研究。目前已开发出的阳极材料主要包括以下几类材料，分属氧[3]化物、金属硫[4]化物、合金类[5]材料、磷[6]化物材料，硅[7]化料在电化学反应过程中遵循嵌入脱出机理、转换机理和合金化机个。其中，过渡金属钒酸盐以其独特的优势吸引了研究者的注钒储量丰富，有+1，+2，+3，+4，+5 等价态，能与过渡金属形成不同化学式的钒酸盐以及水合钒酸盐。在充放电过程中，易分解形成 VOx无定型阵列，缓解充放电过程钒与金属活性组分间具有协同效应，该效应既缓解了充放电过程
图 1-3 Co3O4嵌入式掺 N 多孔碳纳米纤维的形貌表征：a-c) TEM 照片，d) 元素面扫照片[42]1.3.2 空心结构除了构筑多孔结构之外，构筑空心结构也是提高材料稳定性，进而提高其电化学性能的有效方法。为了更好的理解多孔结构，人们按照合成方法将其分类，空心结构大致可分为两类主要类型，分别是模板法（硬模板法[46–48]，软模板法[49–51]和自模板法[52–54]）和无模板法（选择性刻蚀机理[55–57]，奥斯特瓦尔德熟化[58–60]，柯肯达尔效应[61–63]和离子交换机理[64–66]）。目前，大多数空心结构的形成机理可用无模板法中的四种机理解释。硬模板法是制备中空纳米结构最常用、最有效的方法。硬膜板法是指将某种无机金属前驱物引入硬膜板孔道中，然后经焙烧在纳米孔道中生成氧化物晶体，去除硬膜板后制备出相应的介孔材料。理想情况下所得材料可保持原来模板的孔道形貌。目前，科研人员已经采用了硬模板制备出如 SiO2，聚苯乙烯球，镍，阳极氧化铝 (AAO)，碳质微球等材料。Cui 等[68]开发了一种用于合成 Si 微粒-石墨烯（SiMP@Gr）蛋黄-壳结构的 Ni
本文编号：3146537
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
987-2017年所有研究出版物（黑色）与电池出版物（蓝色）的比较图
图 1-2 锂离子电池工作原理数十年研究发展，科学家们已经研制出多种材料可用于或者已电池电极材料。寻找比纯 Li 金属更安全和更稳定的负极材料也步，但出于对能效和安全性的担忧，到目前为止的其他负极材料业化，商用负极材料仍以碳基材料为主[1]。直到 1997 年，GoodePO4作为正极材料，取代对环境有害的 LiCoO2后，新型的锂离广泛研究。目前已开发出的阳极材料主要包括以下几类材料，分属氧[3]化物、金属硫[4]化物、合金类[5]材料、磷[6]化物材料，硅[7]化料在电化学反应过程中遵循嵌入脱出机理、转换机理和合金化机个。其中，过渡金属钒酸盐以其独特的优势吸引了研究者的注钒储量丰富，有+1，+2，+3，+4，+5 等价态，能与过渡金属形成不同化学式的钒酸盐以及水合钒酸盐。在充放电过程中，易分解形成 VOx无定型阵列，缓解充放电过程钒与金属活性组分间具有协同效应，该效应既缓解了充放电过程
图 1-3 Co3O4嵌入式掺 N 多孔碳纳米纤维的形貌表征：a-c) TEM 照片，d) 元素面扫照片[42]1.3.2 空心结构除了构筑多孔结构之外，构筑空心结构也是提高材料稳定性，进而提高其电化学性能的有效方法。为了更好的理解多孔结构，人们按照合成方法将其分类，空心结构大致可分为两类主要类型，分别是模板法（硬模板法[46–48]，软模板法[49–51]和自模板法[52–54]）和无模板法（选择性刻蚀机理[55–57]，奥斯特瓦尔德熟化[58–60]，柯肯达尔效应[61–63]和离子交换机理[64–66]）。目前，大多数空心结构的形成机理可用无模板法中的四种机理解释。硬模板法是制备中空纳米结构最常用、最有效的方法。硬膜板法是指将某种无机金属前驱物引入硬膜板孔道中，然后经焙烧在纳米孔道中生成氧化物晶体，去除硬膜板后制备出相应的介孔材料。理想情况下所得材料可保持原来模板的孔道形貌。目前，科研人员已经采用了硬模板制备出如 SiO2，聚苯乙烯球，镍，阳极氧化铝 (AAO)，碳质微球等材料。Cui 等[68]开发了一种用于合成 Si 微粒-石墨烯（SiMP@Gr）蛋黄-壳结构的 Ni
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