钛基和钴基锂离子电池负极材料的制备及其储锂性能的研究
发布时间：2021-07-17 17:36
锂离子电池因具有高能量密度、自放电小和无记忆效应等优势,广泛应用于便携式电子设备,并逐步向电动汽车和高效储能系统拓展。然而面对日益增长的能量密度需求,开发高容量电极材料是当前研究热点,其中钛基负极具有高且稳定的平台电压和“零应变”特性引起广泛关注,此外钴基氧化物由于具有高容量、高导电性等优势,也是有希望的负极材料。但是钛基负极材料的本征电子电导率和锂离子扩散速率较差导致倍率性能差,而钴基负极材料合金化反应机制导致首周充放电效率低和循环稳定性差,这都限制了其规模化应用。本论文从提高钛基负极材料的倍率性能和钴基负极材料的结构稳定性方向出发,研究了双相共生结构和多孔分级结构对钛/钴基负极材料结构和电化学性能的影响,并探讨了上述结构调控对钛/钴基负极材料的电化学反应的影响机制。首先通过共沉淀法和高温固相反应合成了双相共生的钛基复合材料Li2TiO3/Li2MTi3O8（M=Zn1/3Co2/3）,SEM和HRTEM证实双相共生结构可抑制高温固相反应中一次晶粒生长,制备纳米级复合材料。循环伏安法（CV）证实该双相共生的钛基复合材料具有显著提高的Li+扩散系数(1.24×10...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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放电反应过程中，它的工作方式是通过电池正负极之间的锂离子的来回“嵌入”和“脱嵌”实现将化学能转化成电能的，同时正负极材料的微纳米结构在Li+的嵌入和脱嵌中没有发生明显改变，以此保证了其良好的循环稳定性能[1,5]。1990年，索尼公司发售第一款进行商业化使用的新型锂离子二次电池，该电池的正负极材料是由LiCoO2和焦炭组成的[1]。从此时开始，锂离子电池成为了应用最广泛的能源存储器件。并且，在过去几十年的发展过程中，锂离子电池逐步改善的功率和能量密度也进一步推动了锂离子电池事业的的蓬勃发展[1,5]。图1.2(a)锂离子二次电池的实际应用图；(b)混合动力汽车的市场调查曲线近年来相当多的研究都集中在储能装置材料的开发上。在这方面，电池和电化学电容器都可以作为便携式或固定的电力储存[5]。在此基础上，开发了镍镉、镍氢、铅酸、锂离子电池等新技术[4]。在此背景下，高充放电电流率的可充电锂离子电池自索尼公司首次推出商用以来，在不同的便携式电子设备中得到了普遍的运用[5]。它们的发展已经扩展到新一代高功率、高能量密度的储能装置，用于大规模的电动汽车和混合动力汽车(EVs和HEVs)[1,4]。美国通用汽车公司在1996年首次发布了基于铅酸电池的电动汽车EV-1[1,4]。但是，因为铅酸电池的能量密度较低，第二代电动车于1999年以镍氢电池为基础推出。镍混合电池在完全放电时可能产生永久性损伤，这限制了它在电动汽车上的广泛应用。另外，近年来，汽油市场价格已升至上世纪80年代初以来的最高水平。因此，高性能电池驱动的混合动力汽车(HEVs)、插电式混合动力汽车(PHEVs)和全电动汽车(EVs)的需求明显增加。一个必要的步骤是开发一种有效、持久、耐滥用的电池系统[1]。
济南大学硕士学位论文5样电极材料的结构才能具有稳定性，使材料具有良好的循环性能；④电极材料的表面结构良好，与电解液和粘结剂的兼容性好；⑤锂离子电池应该具有良好的电子电导率和Li+扩散性能，这有利于离子在电极材料中运动，使得电池具有优异的电化学性能；⑥用于商业化的负极材料应该价格便宜，制造成本低，合成方法简单易操作，无毒副作用等。(3)在电池的结构中，隔膜作为电子的绝缘体，其不参与电化学反应。它是锂离子电池关键的内层组件，其目的是分离开电池的正极和负极材料，允许离子通过的同时隔断正负极以防止短路，对确保锂离子电池的正常安全运行起重要作用[4]。市面上销售的锂离子电池隔膜主要是高强度薄膜化的高分子微孔膜，常用的隔膜材料主要包括单一材质的聚丙烯(PP)膜和聚乙烯(PE)膜等[4,5]。(4)电解液是所有电化学装置中必不可少的成分。其主要起到了导通锂离子的作用，这就要求电解液有利于锂离子的传输，并且具有稳定的化学特性[1]。锂离子电池的电解液大致可分为固态电解液和液态电解液以及(室温)熔融盐，其溶质主要构成为LiPF6，LiCl，LiBF4等锂盐，溶剂通常是有机的酯类和醚类，以及改变电解液某一方面性能的添加剂[1,4]。图1.3不同形状的锂离子电池的结构示意图：(a)圆柱形；(b)方形；(c)纽扣型；(d)薄膜型1.2.3锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理是将化学能转化为电能。锂离子电池的工作循环反映在微观
本文编号：3288632
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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放电反应过程中，它的工作方式是通过电池正负极之间的锂离子的来回“嵌入”和“脱嵌”实现将化学能转化成电能的，同时正负极材料的微纳米结构在Li+的嵌入和脱嵌中没有发生明显改变，以此保证了其良好的循环稳定性能[1,5]。1990年，索尼公司发售第一款进行商业化使用的新型锂离子二次电池，该电池的正负极材料是由LiCoO2和焦炭组成的[1]。从此时开始，锂离子电池成为了应用最广泛的能源存储器件。并且，在过去几十年的发展过程中，锂离子电池逐步改善的功率和能量密度也进一步推动了锂离子电池事业的的蓬勃发展[1,5]。图1.2(a)锂离子二次电池的实际应用图；(b)混合动力汽车的市场调查曲线近年来相当多的研究都集中在储能装置材料的开发上。在这方面，电池和电化学电容器都可以作为便携式或固定的电力储存[5]。在此基础上，开发了镍镉、镍氢、铅酸、锂离子电池等新技术[4]。在此背景下，高充放电电流率的可充电锂离子电池自索尼公司首次推出商用以来，在不同的便携式电子设备中得到了普遍的运用[5]。它们的发展已经扩展到新一代高功率、高能量密度的储能装置，用于大规模的电动汽车和混合动力汽车(EVs和HEVs)[1,4]。美国通用汽车公司在1996年首次发布了基于铅酸电池的电动汽车EV-1[1,4]。但是，因为铅酸电池的能量密度较低，第二代电动车于1999年以镍氢电池为基础推出。镍混合电池在完全放电时可能产生永久性损伤，这限制了它在电动汽车上的广泛应用。另外，近年来，汽油市场价格已升至上世纪80年代初以来的最高水平。因此，高性能电池驱动的混合动力汽车(HEVs)、插电式混合动力汽车(PHEVs)和全电动汽车(EVs)的需求明显增加。一个必要的步骤是开发一种有效、持久、耐滥用的电池系统[1]。
济南大学硕士学位论文5样电极材料的结构才能具有稳定性，使材料具有良好的循环性能；④电极材料的表面结构良好，与电解液和粘结剂的兼容性好；⑤锂离子电池应该具有良好的电子电导率和Li+扩散性能，这有利于离子在电极材料中运动，使得电池具有优异的电化学性能；⑥用于商业化的负极材料应该价格便宜，制造成本低，合成方法简单易操作，无毒副作用等。(3)在电池的结构中，隔膜作为电子的绝缘体，其不参与电化学反应。它是锂离子电池关键的内层组件，其目的是分离开电池的正极和负极材料，允许离子通过的同时隔断正负极以防止短路，对确保锂离子电池的正常安全运行起重要作用[4]。市面上销售的锂离子电池隔膜主要是高强度薄膜化的高分子微孔膜，常用的隔膜材料主要包括单一材质的聚丙烯(PP)膜和聚乙烯(PE)膜等[4,5]。(4)电解液是所有电化学装置中必不可少的成分。其主要起到了导通锂离子的作用，这就要求电解液有利于锂离子的传输，并且具有稳定的化学特性[1]。锂离子电池的电解液大致可分为固态电解液和液态电解液以及(室温)熔融盐，其溶质主要构成为LiPF6，LiCl，LiBF4等锂盐，溶剂通常是有机的酯类和醚类，以及改变电解液某一方面性能的添加剂[1,4]。图1.3不同形状的锂离子电池的结构示意图：(a)圆柱形；(b)方形；(c)纽扣型；(d)薄膜型1.2.3锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理是将化学能转化为电能。锂离子电池的工作循环反映在微观
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