碳包覆过渡金属氧化物/磷化物的制备与储锂性能研究

发布时间：2021-11-09 03:13

　　锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应和长循环寿命等优点,已广泛应用于便携式电子器件和电动设备。目前商业化锂离子电池负极主要是石墨碳基材料,但由于其理论比容量较低,已经越来越难满足现实发展的需求,开发新型高效负极材料已成为锂离子电池技术快速发展的关键。研究表明,过渡金属氧化物/磷化物的理论比容量比石墨负极高得多,其中氧化锰/磷化铁理论比容量分别高达756 mAh/g和926 mAh/g,且资源储量丰富,环境友好,受到科研工作者的广泛关注。然而这两种电极材料导电性差,且锂离子嵌入/脱嵌过程中会产生剧烈的体积变化,严重影响其实际的电化学性能。本论文主要针对氧化锰和磷化铁导电性差和充放电过程中体积变化率大的不足展开研究,通过高导电碳材料的包覆、微观形貌设计及其协同效应来提升其储锂性能。主要研究内容如下:（1）通过温和的共沉淀法,合成出粒径均匀且表面光滑的MnCO₃微球前驱体,然后经水热和碳化处理制备出一种类石榴型的多孔碳壳包覆MnO纳米颗粒微球的复合材料。该复合材料中MnO纳米颗粒之间存在空隙,可以有效缓冲体积膨胀,维持材料结构稳定,防止电极材料开裂和粉碎。其作为锂离子电... 

【文章来源】：湘潭大学湖南省

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

锂离子电池工作原理示意图

负极：nC总反应：LiM2nC充放电1 2离子电池负极材料研究进展墨烯基-金属有机骨架材料墨烯是一种性能优异的二维材料，具有良好的机械弹性、导电性可作为改善电子输运和防止团聚的基底材料[7]。金属有机骨架（型结晶多孔隙电极材料，具有结构多样、大比表面积、孔径可调吸附、电池、超级电容器、催化剂等领域具有广泛的应用前景[8OF 的低稳定性和低选择性限制了其实际的应用和发展，基于此 MOF 组合而成的复合材料近年来引起了广泛关注。MOF 和石墨仅使材料的可控化得到进一步增强，在稳定性和导电性方面也带喜的效果[10]。图 1.2 中的 MOF/石墨烯基复合材料具有优异的电化合材料形成新的孔隙，产生模板效应，为研究 MOF 和其他材料，拓展了其可能的合成方法和可测试性能及应用领域[11-13]。

湘潭大学硕士学位论文MOF/石墨烯基材料具有较大的比表面积和微孔体积，与母体材料相比，具有更多潜在的应用。石墨烯基材料优异的选择性和稳定性在很大程度上弥补了MOF 的不足，显著提高了 MOF 的电化学性能[14]，不仅大大提高了复合材料的电子导电性，还在电极中建立了导电网络[15]。图 1.3 综合这两种结构的优点，电极材料的循环稳定性得到了极大提高。MOF/石墨烯基材料的优异性能归因于MOF 的多孔结构和石墨烯的高导电性，大大缩短了扩散时间，加速了相转移反应，从而获得优异的性能[16]。一些研究者甚至将石墨烯层作为 MOF 的钝化剂这归功于石墨烯层晶格常数小，通过防止外部分子进入多孔结构的 MOF 来增强器件的电化学稳定性。石墨烯基材料可以防止在充放电过程中电极团聚和体积变化，提供混合增加的导电性[17]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]过渡金属磷化物加氢脱硫催化剂的研究进展[J]. 张淑娟,汪东远,林威宇,宋立民.  天津科技大学学报. 2015(02)
[2]锂离子二次电池负极材料的研究[J]. 吴宇平,姜长印,万春荣,李建军.  化学世界. 2000(01)



本文编号：3484509