TiO 2 /Zn 2 Ti 3 O 8 二次电池负极材料的制备及电化学性能研究
发布时间：2021-08-08 15:46
随着手机、电脑等设备普加之电动汽车行业蓬勃发展,二次电池储能技术得到广泛关注。其中,负极是决定二次电池整体效果的关键组件之一。然而传统的商用石墨负极因其高速率充放电性能差和安全稳定性低,无法应用在电动汽车领域;作为“零应变”材料的代表,尽管钛酸锂（Li4Ti5O12）具有优异的高倍率性能,但是其自身理论比容量低的特性和较高的价格同样限制了其应用。因此,寻找同时具有高比容量和高循环稳定性的廉价负极材料成为解决问题的关键。钛基氧化物TiO2的理论比容量和循环稳定性都可满足二次动力电池的要求。而实验室常用的TiO2成本高昂,本文使用商业二氧化钛（c-TiO2）为原料,解决了高昂的成本问题,但其低的电子电导率是其应用路上的最大阻碍。为了解决上述问题,本文主要做了如下研究:（1）将c-TiO2加入柠檬酸的水溶液搅拌均匀、烘干得到前驱体,将前驱体在750℃下碳化得到有限层碳包覆的c-TiO2纳米颗粒。当柠檬酸与c-TiO2的质量比为0.3时,展现出了优良的倍率性能和长循环稳定性,当电流密度为1.5 A g-1时,其可逆容量高达133.7 mAh g-1,而在0.5 Ag-1下经过1000次循环后,...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＬｉＣ〇０２／石墨体系锂离子电池的工作原理示意图［１Ｇ］??
?山东大学顼士学位论文???ｋｌｉ調??Ａｎｏｄｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?Ｃａｔｈｏｄｅ??（ｇｒａｐｈｉｔｅ）?（ＵＣｏＯＪ??Ｖ?ｘ??图１．１?ＬｉＣ〇０２／石墨体系锂离子电池的工作原理示意图［１Ｇ］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＬｉＣｏＯｉ／?ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ［１０＾??１．３电极材料概述??因为锂离子电池由于其自身高能量密度、功率密度、循环寿命长等优良特点，自１９９０??年商业化以来就在二次储能领域确立了不可替代的地位，受到市场的普遍追捧。目前，??商业应用的锂离子电池主要分为?ＬｉＣｏＣｂ／Ｇｒａｐｈｉｔｅ?（ＬＣＯ）、ＬｉＦｅＰＣＵ／Ｇｒａｐｈｉｔｅ?（ＬＦＰ）、??ＬｉＭｎ２０４／?Ｇｒａｐｈｉｔｅ?（ＬＭＯ）、三元锂系列（ＮＭＣ、ＮＣＡ）、ＬｉＭｎ２〇４／Ｌｉ４Ｔｉ５〇ｉ２?（ＬＴＯ）。??其优劣势各有不同，几个系列中，ＬｉＣｏ０２系列能量密度高；ＬｉＦｅＰ０４系列容量低、自放??电率高，但循环稳定性好；ＬｉＭｎ２０４系列功率密度高；三元锂系列热稳定性好、成本低；??Ｌｉ４Ｔｉ５〇ｉ２系列循环寿命长、充放电速率快，但容量低、成本高。商业锂尚子电池特性比??较如图１．２所示。??Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｐｏｗｅｒ??Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｅｎｅｒｇｙ??Ｃｏｓｔ?Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??Ｌｉｆｅｓｐａｎ??？?ＬＣＯ?ＬＭＯ?？?ＮＭＣ?ＬＦＰ?？?ＮＣＡ?ＬＴＯ??图１．２商业锂离子电池特性网状图［１１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１＿２?Ｓｐｉｄｅｒ?ｃｈａｒｔ
?山东大学硕士学位论文???（３）?Ｌｉ＋反应电位应尽量低，保证锂电池的输出电压尽可能高；??（４）负极材料还应具备优良的电子和离子电导率，避免／减少极化从而有利于高倍??率充放电；??（５）良好的化学稳定性，避免与电解液发生不必要的副反应；??（６）优良的环境友好性以及经济性。??根据锂离子存储方式的不同，锂离子电池负极材料可以分为以下三类：嵌入式负极??材料、合金化式负极材料和转换式负极材料，三种不同储锂机制如图１．３所示。??１．嵌入型负极材料??嵌入型负极材料是指在保证其晶体结构完整的条件下，Ｌｉ＋在电池使用过程中可以在??材料晶格或间隙中进行嵌脱，从而释放和存储能量的过程。嵌入型负极材料主要包括碳??基材料（石墨、多孔碳、石墨烯等）、钛基氧化物（ＴｉＣｈ、Ｌｉ４Ｔｉ５０１２、Ｌｉ２ＺｎＴｉ３０８、ＺｍＴｉ３０８??等）。??碳基负极材料是最具代表性的，按照石墨化程度的高低可以将Ｃ材料分为石墨化碳??和无定形碳。石墨化碳是应用最早且应用最广泛的负极材料，早在１９９０年ＳＯＮＹ公司??就商业应用了石墨负极材料并沿用至今。石墨分子是由６个Ｃ原子围成的六边形碳环相??接而成［１３］，其为片层结构，层间以范德华键连接，层状排列可以保证石墨拥有良好的结??构稳定性，有利于锂离子存储，理论上每６个Ｃ原子能够储存一个Ｕ＋，其理论比容量??为３７２?ｍＡｈ?ｇ－１，图１．４为石墨化碳储锂方式示意图。石墨做负极材料具有很多优点，比??如导电性优良、良好的循环稳定性、电压平台稳定且极化程度小等。但是石墨氧化还原??电位很低（约０．１ＶｖｓＬｉ／Ｌｉ＋），充反应过程中容易形成锂枝晶，引发安全问题，此外石??墨基锂离子电池
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池锡基负极材料的研究进展[J]. 魏巍,王久林,杨军,努丽燕娜. 化工进展. 2010(01)
本文编号：3330235
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＬｉＣ〇０２／石墨体系锂离子电池的工作原理示意图［１Ｇ］??
?山东大学顼士学位论文???ｋｌｉ調??Ａｎｏｄｅ?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?Ｃａｔｈｏｄｅ??（ｇｒａｐｈｉｔｅ）?（ＵＣｏＯＪ??Ｖ?ｘ??图１．１?ＬｉＣ〇０２／石墨体系锂离子电池的工作原理示意图［１Ｇ］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＬｉＣｏＯｉ／?ｇｒａｐｈｉｔｅ?ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ?ｂａｔｔｅｒｙ［１０＾??１．３电极材料概述??因为锂离子电池由于其自身高能量密度、功率密度、循环寿命长等优良特点，自１９９０??年商业化以来就在二次储能领域确立了不可替代的地位，受到市场的普遍追捧。目前，??商业应用的锂离子电池主要分为?ＬｉＣｏＣｂ／Ｇｒａｐｈｉｔｅ?（ＬＣＯ）、ＬｉＦｅＰＣＵ／Ｇｒａｐｈｉｔｅ?（ＬＦＰ）、??ＬｉＭｎ２０４／?Ｇｒａｐｈｉｔｅ?（ＬＭＯ）、三元锂系列（ＮＭＣ、ＮＣＡ）、ＬｉＭｎ２〇４／Ｌｉ４Ｔｉ５〇ｉ２?（ＬＴＯ）。??其优劣势各有不同，几个系列中，ＬｉＣｏ０２系列能量密度高；ＬｉＦｅＰ０４系列容量低、自放??电率高，但循环稳定性好；ＬｉＭｎ２０４系列功率密度高；三元锂系列热稳定性好、成本低；??Ｌｉ４Ｔｉ５〇ｉ２系列循环寿命长、充放电速率快，但容量低、成本高。商业锂尚子电池特性比??较如图１．２所示。??Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｐｏｗｅｒ??Ｔｈｅｒｍａｌ?Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ?Ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｅｎｅｒｇｙ??Ｃｏｓｔ?Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ??Ｌｉｆｅｓｐａｎ??？?ＬＣＯ?ＬＭＯ?？?ＮＭＣ?ＬＦＰ?？?ＮＣＡ?ＬＴＯ??图１．２商业锂离子电池特性网状图［１１］??Ｆｉｇｕｒｅ?１＿２?Ｓｐｉｄｅｒ?ｃｈａｒｔ
?山东大学硕士学位论文???（３）?Ｌｉ＋反应电位应尽量低，保证锂电池的输出电压尽可能高；??（４）负极材料还应具备优良的电子和离子电导率，避免／减少极化从而有利于高倍??率充放电；??（５）良好的化学稳定性，避免与电解液发生不必要的副反应；??（６）优良的环境友好性以及经济性。??根据锂离子存储方式的不同，锂离子电池负极材料可以分为以下三类：嵌入式负极??材料、合金化式负极材料和转换式负极材料，三种不同储锂机制如图１．３所示。??１．嵌入型负极材料??嵌入型负极材料是指在保证其晶体结构完整的条件下，Ｌｉ＋在电池使用过程中可以在??材料晶格或间隙中进行嵌脱，从而释放和存储能量的过程。嵌入型负极材料主要包括碳??基材料（石墨、多孔碳、石墨烯等）、钛基氧化物（ＴｉＣｈ、Ｌｉ４Ｔｉ５０１２、Ｌｉ２ＺｎＴｉ３０８、ＺｍＴｉ３０８??等）。??碳基负极材料是最具代表性的，按照石墨化程度的高低可以将Ｃ材料分为石墨化碳??和无定形碳。石墨化碳是应用最早且应用最广泛的负极材料，早在１９９０年ＳＯＮＹ公司??就商业应用了石墨负极材料并沿用至今。石墨分子是由６个Ｃ原子围成的六边形碳环相??接而成［１３］，其为片层结构，层间以范德华键连接，层状排列可以保证石墨拥有良好的结??构稳定性，有利于锂离子存储，理论上每６个Ｃ原子能够储存一个Ｕ＋，其理论比容量??为３７２?ｍＡｈ?ｇ－１，图１．４为石墨化碳储锂方式示意图。石墨做负极材料具有很多优点，比??如导电性优良、良好的循环稳定性、电压平台稳定且极化程度小等。但是石墨氧化还原??电位很低（约０．１ＶｖｓＬｉ／Ｌｉ＋），充反应过程中容易形成锂枝晶，引发安全问题，此外石??墨基锂离子电池
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池锡基负极材料的研究进展[J]. 魏巍,王久林,杨军,努丽燕娜. 化工进展. 2010(01)
本文编号：3330235
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