焦磷酸盐锂离子二次电池负极材料的制备与研究

发布时间：2017-09-25 03:40

  本文关键词：焦磷酸盐锂离子二次电池负极材料的制备与研究

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【摘要】：随着当今科技的发展,锂离子二次电池在现代生活中扮演着越来越重要的角色。作为高效、清洁、稳定的储能形式,锂离子二次电池不仅被运用到各种消费电子产品中,还在电动汽车、不间断电源、混合动力汽车等新能源领域获得了广泛的应用。负极材料是锂离子二次电池的重要组成部分,其性能的提升对锂离子二次电池整体性能的提升有着至关重要的作用。当前锂离子二次电池负极材料的研究集中在碳材料、过渡金属氧化物、锡基材料、硅基材料等领域。商业化的锂离子二次电池负极石墨材料已达350mAh/g,接近其理论容量372mAh/g,越来越难以满足各类电子产品的需求。因此,开发新型负极材料,提高负极材料比容量,进而提高锂离子二次电池能量密度具有重要的意义。近年来,焦磷酸系负极材料以其较高的比容量,较低的成本吸引了研究者的注意。本文主要从充放电容量和循环寿命上着手,对SnP2O7和 Mn2P2O7等材料的形貌及电性能作了深入地研究。第一部分,我们采用了MnSO4及 NH4H2PO4等材料,通过溶剂热的合成方法合成了Mn2P2O7材料,并探究了不同溶剂对样品形貌的影响,并进一步探究了其作为电极材料的电性能。研究表明,乙二醇作为溶剂热反应的溶剂合成的前驱体相比于乙醇合成的前驱体具有更为规整的形貌,样品的团簇现象明显降低,结晶度更高,循环性能也有较大的提升。第二部分,为了获得更高性能的负极材料,我们使用了喷雾干燥的方法合成了Mn2P2O7材料。为了使原料混合的更为均匀,我们引入Mn(NO3)2(50%水溶液)和羟基乙叉二膦酸(HEDP),在液相下均匀混合搅拌,在合适的温度和压力下,通过喷雾干燥得到空心球结构的Mn2P2O7前驱体材料,并通过对烧结温度的探究,在烧结过程中较为完善的保持了颗粒的球形结构,使其电性能有了极大的提升。使得Mn2P2O7材料作为锂离子二次电池负极成为一种可能。第三部分,我们引入了较为廉价的SnCl4·5H2O和羟基乙叉二膦酸(HEDP)通过喷雾干燥法制备了SnP2O7@C材料。通过X射线衍射及扫描电子显微镜等表征手段,分析了不同烧结温度对材料成相及微观结构的影响。结果发现,不同温度烧结的样品X射线衍射峰存在相应的位移现象,650℃下烧结的样品颗粒具有规整的球形结构,恒电流充放电条件测试下首次放电容量可达1218mAh/g,80个循环后放电容量维持在600mAh/g以上,可作为一种很有潜力的负极材料。
【关键词】：锂离子二次电池负极材料 焦磷酸锡 焦磷酸锰 喷雾干燥法
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O611.4;TM912
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 锂离子二次电池的工作原理及优缺点12-14
• 1.3 锂离子二次电池正极材料发展现状14-16
• 1.4 锂离子二次电池负极16-23
• 1.4.1 锂离子二次电池负极材料的选择要求16-17
• 1.4.2 常用的正负极材料制备方法17-19
• 1.4.3 锂离子二次电池负极材料的研究进展19-23
• 1.5 论文选题思路23-25
• 参考文献25-31
• 第二章 实验方法和仪器31-36
• 2.1 实验试剂及仪器31-33
• 2.1.1 实验试剂31-32
• 2.1.2 实验仪器32-33
• 2.2 负极材料的表征33-34
• 2.2.1 热重-差热分析(TG-DTA)33
• 2.2.2 X射线衍射(XRD)33
• 2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)33-34
• 2.2.4 傅里叶变换红外光谱(FTIR)34
• 2.3 电性能测试34-36
• 2.3.1 组装电池34
• 2.3.2 电性能测试34-35
• 2.3.3 循环伏安法35-36
• 第三章 溶剂热法制备Mn_2P_2O_7材料及其性能研究36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 溶剂热法制备Mn_2P_2O_7/C负极材料36
• 3.3 Mn_2P_2O_7/C负极材料的表征及测试36-42
• 3.3.0 Mn_2P_2O_7/C负极材料的XRD检测36-38
• 3.3.1 Mn_2P_2O_7/C负极材料的SEM表征38-40
• 3.3.2 Mn_2P_2O_7材料的红外光谱40
• 3.3.3 电性能表征40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 参考文献44-45
• 第四章 喷雾干燥法制备Mn_2P_2O_7材料及性能探究45-54
• 4.1 引言45
• 4.2 喷雾干燥法制备Mn_2P_2O_7前驱体材料45-46
• 4.3 Mn_2P_2O_7前驱体材料形貌的表征46-53
• 4.3.1 浓度对材料形貌的影响46-48
• 4.3.2 烧结温度对产物的成相及形貌影响48-50
• 4.3.3 Mn_2P_2O_7样品电性能测试50-51
• 4.3.4 本章总结与展望51-53
• 参考文献53-54
• 第五章 喷雾干燥法制备SnP_2O_7材料及其性能探究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 压力喷雾干燥制备球形SnP_2O_7材料54-55
• 5.3 SnP_2O_7材料形貌及性能表征55-61
• 5.3.1 SnP_2O_7前驱体材料的SEM表征55-56
• 5.3.2 烧结温度的测定56-57
• 5.3.3 SnP_2O_7成相分析57-58
• 5.3.4 SEM图像表征58-61
• 5.4 SnP_2O_7球形颗粒电性能测试61-67
• 5.4.1 碳包覆SnP_2O_7颗粒TEM分析61-62
• 5.4.2 SnP_2O_7颗粒的点性能表征62-65
• 5.4.3 本章小结65-67
• 参考文献67-68
• 第六章 总结与展望68-69
• 攻读硕士期间学位成果69-70
• 致谢70-71

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