锂离子电池碱金属钼酸盐负极材料的制备与性能研究

发布时间：2020-09-04 15:05

　　从便携式电子设备(如手机、笔记本电脑等)的快速发展,到如今电动汽车的广泛使用,锂离子电池展现出极好的应用前景。然而有限的能量密度限制了它的很多实际应用。因此,拥有高能量以及高能量密度的锂离子电池引发了电池领域的研究热潮。开发新型的高性能负极材料更是大势所趋。由于M_O在电子转移过程中存在各种氧化态,因此容易制备出形貌特殊和理论容量高的钼酸盐。但是目前制备出的很多钼酸盐存在导电性差、体积膨胀严重等问题,影响了它的电化学性能。因此,通过制备特殊形貌和碳包覆等方法研究出高性能的负极材料成为了我们研究的重点。本论文的主要研究工作包括:(1)通过溶胶-凝胶法合成了Li_2MoO_4,并采用在空气氛围就可低温碳化的苹果酸作为碳源制备出了Li_2MoO_4@C复合材料。碳包覆后的Li_2MoO_4是多孔结构,这种孔状结构有利于锂离子反复脱嵌,有利于提高Li_2MoO_4的循环性能。Li_2MoO_4@C第一次脱锂容量为681mAh g~(-1),反复循环100周以后,容量保持率达到89.7%。(2)采用固相法合成了潜在的锂离子负极材料Li_2Mo_4O_(13)。此方法具有操作简便、环境友好且可大量合成等优点。Li_2Mo_4O_(13)首次充电锂容量较高(749mAh g~(-1)),前15周容量有些衰减,到了15周之后材料结构基本稳定,容量保持在500 mAh g~(-1)左右。循环100周后的Li_2Mo_4O_(13),其容量还有457mAh g~(-1)。(3)本实验用低温熔盐的方法制备出特殊形貌K_2Mo_4O_(13)微米带。为了进一步提高它的电化学性能,我们又对其进行碳包覆,制备出纳米带K_2Mo_4O_(13)/C复合物。同时,首次将K_2Mo_4O_(13)/C作为锂离子电池负极材料,并研究了它的储锂性能。我们的测试结果显示,K_2Mo_4O_(13)/C复合物表现出非常高的容量以及优异的循环稳定性。我们的实验数据显示,K_2Mo_4O_(13)/C复合物的首充容量为837mAh g~(-1),不断循环200周后容量还可保持在649mAh g~(-1),占初始充电容量的77.5%。总之,本论文不仅研究出高性能的碱金属钼酸盐作为锂离子电池负极材料,而且为今后开发新型的高性能负极材料提供一定的参考价值。
【学位单位】：山西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

充放电机理,锂离子

图 1-1 锂离子充放电机理当电池在充电时，Li+从正极材料的晶格中极，嵌入到负极材料的结构中，此时，正极材处于富锂状态。而且为了保持正负极间的电回到负极。在这种情况下，负极嵌入锂离子与此同时，同样数量的电子从外电路再次返而实现电能和化学能之间的转换。中，我们一般选取过渡金属嵌锂氧化物为正的锂离子电池，其电化学反应可表示为：其LiMO2 LiXMO2+ x Li++ x e－(正极6C + x Li++ x e－ LiXC (负极

晶体结构,晶系

图 1-2 MoO2晶体结构多年前，人们就开始对 MoO2的储锂机理进行研究学方面的发展缓慢，因此它的电化学储锂性能的研目前，人们提出几种 MoO2嵌锂机理，但有些仍有机理主要总结为以下四种：电子插入机理+ x Li++ xe-1 LixMoO2(0<x<1)程中，晶体结构决定了 Li+的存储位点，并且位点的则或者微米尺寸的 MoO2一般都是插入反应，其理 MoO2理论容量低并且稳定性差，主要是由于在进晶系(0<x<0.5)转变为正斜晶系(0.45<x<0.79)[27]。电子转换机理+ 4 Li++4e-1 Mo+2Li2O

晶体结构

图 1-3 MoO3晶体结构十多年里，MoO3作为锂离子电池负极材料，引起压在 0.01～3.0V 时，MoO3的储锂机理为：6 Li++6e-1 Mo+3Li2O理论容量高达 1117 mAh g-1，大约是商品化石墨负极离子和电子导电性差，影响了它的电化学性能。因：纳米结构、与碳材料复合等，来提高它的容量、Kang 等人通过喷雾热解以及进一步热处理的方法将底上[46]。在电流密度为 2000mA/g，复合物的初始容周后，容量还有 975mAh g-1。人用水热法合成超长的 MoO3纳米带，其平均长度

【相似文献】