电化学催化转化型钴基材料的储锂性能研究
发布时间：2021-06-15 12:30
随着移动电子和电动汽车等领域对高性能锂离子电池的需求不断增加,研发高容量低成本的电极材料对于锂离子电池能量密度和功率密度的提高有十分重大的意义。过渡金属含氧酸盐由于容量可观、合成简便和成本低廉等优点而成为近年来新型储锂负极材料的研究热点之一。在过渡金属的电化学催化作用下,此类材料中的无机组分发生可逆转化,提供超高的额外容量。但是在长期充放电过程中,过渡金属电催化转化型材料的结构破坏和副反应发生等问题突出,循环性能出现明显波动现象。本文针对这一储锂性能不稳定的难题,一方面,合理调控过渡金属的电催化行为,限制无机锂化组分（碳酸锂和氢氧化锂）的逐步转化,提高材料结构和性能的稳定性;另一方面,基于氢氧化锂组分在过渡金属电催化下的转化反应,设计同一化合物中容量补偿的方法,实现材料高效稳定的储锂性能。最后构筑具有核-壳结构的电催化转化型负极材料,利用过渡金属分区域的多重功能性,达到材料电化学性能优化的目的。1.限域逐步的钴电化学催化转化过程提高Co2（OH）2CO3/RGO负极的储锂性能:含有单一无机组分的电催化转化型负极材料（过渡金属碳酸盐/氢氧化物）常表现出循环容量明显波动的不稳定性。因此我们...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?ＬＩＢｓ示意图丨１１】
方??法就是采用高容量的负极材料或提升正极材料的电压窗口。然而，后一种方法的实践??难度比较大，由于常规的电解液在高电压（￣５?Ｖ）下会不稳定。此外，正极材料当前有??特定的理论容量值，存在较小的ＬＩＢｓ能量密度提升空间１１２１。但是负极材料可通过多??种方法进行调优，从而实现ＬＩＢｓ较长的循环寿命以及更高的能量密度和功率密度［１３）。??因此，大量的研究工作专注于面向应用的负极材料的设计与合成。在负极材料研究中，??三种典型的储锂机理：嵌入反应、合金反应和转化反应普遍被人们所接受（图１－２）。??现将基于这三种反应机理的负极材料概述如下：??Ｕ?ｙ??Ｉｎｔｔｒｔｉｏｆｉ?深爾曜??ＩｍｍｔＷ§?１＾２?（ｍｏｓｔｔｙ?ＩＷｔｅｄ?ｔｏ?１?ｒ?／?Ｍ）??＾?＿醫＿??Ｏｃｊｍｒｒｉ＃ｒｄｔｆｔｅｊ??－Ｌ－鋼?ｒｒ：??Ｍ?ｙｍｉａｒ?麟??Ｕｎｄｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ??Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?＊＊＊＾?Ｈ??９Ｓ＾Ｗ?Ｌａ?明?ｃ＾ｓａｃｆｔｙ??ａ?Ｍ?？?ｂ?１４Ｘ?Ｖｏｌｔａｇｅ?ｈｙｓｔｗｗａ＊??图１－２?ＬＩＢｓ负极材料的不同反应机理示意图。黑色圆圈：晶体结构中的空位；蓝色圆圈：金属；??黄色圆圈：锂［１４］。??Ｆｉｇ．?１－２?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｉｎ?ａｎｏｄｅｓ?ｆｏｒ?ＬＩＢｓ．?Ｂｌａｃｋ??ｃｉｒｃｌｅｓ：?ｖｏｉｄｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?ｂｌｕｅ?ｃｉｒｃｌｅｓ：?ｍｅｔａｌ；?ｙｅｌｌｏｗ?ｃｉｒｃｌｅｓ：?ｌｉｔｈｉｕ
氮或磷元素以及修饰表面官能??团，以便增加活性位点和调节电学特性［２（），２１］。碳材料经掺杂改性后具有可加快电子传??输的良好导电性、开放和灵活的结构、大量可用的储锂位点、大比表面积、锂离子高??扩散速率和短扩散路径［２１＆］。??（ａ）?ＵｔＭａｔｅｄ?ｆＭｒｅ?ｇｒａ＾ｉｅｎｅ?（ｂ）?ｕｔＮａｔＡｄＮ－＾ｋ＾ｔｄ＾ｒａｉ＾ｅｎｅ?（ｎｉ－ｇｎ＾?｛ＮＳ－ＯＮｙｎ??Ａ?１?Ａ轟尚ｆ仇??？綠嫩讀爾＝Ｔｒｒｒ＜ｒｒｙ??，國：＿ｌｚｎ??４?９？ｍ＾７＾，ｒ?＇ｍ??图１－３?（ａ）石墨烯和（ｂ）氮掺杂石墨烯纳米片的锂嵌入示意图。（ｃ）氮掺杂石墨烯薄片横截面的ＳＥＭ??图；插图是显示氮掺杂石墨烯片柔性的照片。（ｄ）氮掺杂石墨烯表面结构演变的ＨＲＴＥＭ图。氮掺??杂石墨烯电极的（ｅ）循环性能和库伦效率以及（ｆ）充电／放电曲线Ｐ７］。??Ｆｉｇ．?１－３?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?（ａ）?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ａｎｄ?（ｂ）?Ｎ－ｄｏｐｅｄ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｎａｎｏｓｈｅｅｔｓ?ｆｏｒ?Ｌｉ－ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ．?（ｃ）?ＳＥＭ??ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?ｐｉｅｃｅ?ｏｆ?Ｎ－ｄｏｐｅｄ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｔｈｉｎ?ｆｌｍ；?ｉｎｓｅｔ?ｉｓ?ａ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ??ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ?ｏｆ?ａｎ?Ｎ－ｄｏｐｅｄ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｐａｐｅｒ，?（ｄ）?ＨＲＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｎ－ｄｏｐｅｄ??ｇｒａｐｈｅｎｅ，?（ｅ）?Ｃｙｃｌｅ?ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ?ａｎｄ?Ｃｏｕｌｏ
本文编号：3231056
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１?ＬＩＢｓ示意图丨１１】
方??法就是采用高容量的负极材料或提升正极材料的电压窗口。然而，后一种方法的实践??难度比较大，由于常规的电解液在高电压（￣５?Ｖ）下会不稳定。此外，正极材料当前有??特定的理论容量值，存在较小的ＬＩＢｓ能量密度提升空间１１２１。但是负极材料可通过多??种方法进行调优，从而实现ＬＩＢｓ较长的循环寿命以及更高的能量密度和功率密度［１３）。??因此，大量的研究工作专注于面向应用的负极材料的设计与合成。在负极材料研究中，??三种典型的储锂机理：嵌入反应、合金反应和转化反应普遍被人们所接受（图１－２）。??现将基于这三种反应机理的负极材料概述如下：??Ｕ?ｙ??Ｉｎｔｔｒｔｉｏｆｉ?深爾曜??ＩｍｍｔＷ§?１＾２?（ｍｏｓｔｔｙ?ＩＷｔｅｄ?ｔｏ?１?ｒ?／?Ｍ）??＾?＿醫＿??Ｏｃｊｍｒｒｉ＃ｒｄｔｆｔｅｊ??－Ｌ－鋼?ｒｒ：??Ｍ?ｙｍｉａｒ?麟??Ｕｎｄｅｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ??Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?＊＊＊＾?Ｈ??９Ｓ＾Ｗ?Ｌａ?明?ｃ＾ｓａｃｆｔｙ??ａ?Ｍ?？?ｂ?１４Ｘ?Ｖｏｌｔａｇｅ?ｈｙｓｔｗｗａ＊??图１－２?ＬＩＢｓ负极材料的不同反应机理示意图。黑色圆圈：晶体结构中的空位；蓝色圆圈：金属；??黄色圆圈：锂［１４］。??Ｆｉｇ．?１－２?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ?ｉｎ?ａｎｏｄｅｓ?ｆｏｒ?ＬＩＢｓ．?Ｂｌａｃｋ??ｃｉｒｃｌｅｓ：?ｖｏｉｄｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；?ｂｌｕｅ?ｃｉｒｃｌｅｓ：?ｍｅｔａｌ；?ｙｅｌｌｏｗ?ｃｉｒｃｌｅｓ：?ｌｉｔｈｉｕ
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本文编号：3231056
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