钼酸盐电极材料的结构调控及电化学性能研究
发布时间：2021-11-18 16:16
近年来,钼酸盐由于具有稳定的结构、优异的物理化学性质等特性使其在锂离子电池等储能领域成为了研究热点。金属钼酸盐中Mo与金属离子具有协同作用,可进一步提高材料电化学反应活性。然而,钼酸盐在电化学反应过程中仍存在体积变化大、首圈库伦效率低等问题,研究者发现对金属钼酸盐进行结构调控或组分优化可有效改善以上问题。本文选用具有高理论容量的钼酸铁和钼酸钴作为研究对象,一方面通过构筑中空纳米结构来提升材料的电化学性能,并研究其电化学储能机理;另一方面,对钼酸盐材料进行碳包覆、引入氧缺陷等方法提升材料的反应动力学和离子电子电导率,以提升材料电化学性能。本文具体研究内容如下:1. 通过溶剂热法利用硝酸产生的气泡为模板原位合成Fe2（MoO4）3中空分级微米球（Fe2（MoO4）3-HMS）,该微米球由纳米颗粒组成,因此可减少载流子扩散路径,提高电化学反应活性。而中空分级结构可以有效缓解由于体积膨胀引起的结构应力,因而提高SEI膜的稳定性,从而提升材料库伦效率和循环稳定性等电...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的应用领域（罗艳珠2016）
钼酸盐电极材料的结构调控及电化学性能研究3系为例：充电时，Li+从LiCoO2中脱出，穿过电解液和隔膜到达并嵌入石墨负极中，使正极和负极分别处于贫锂(Li1-xCoO2)和富锂(LixC6)的状态，完成充电。同时，电子从LiCoO2正极脱出，经过外电路流向石墨负极，实现正负极的电荷平衡（李艳卫2018）。而放电则是充电过程的逆向，使正负极又回到充电前的状态。具体电极反应如下：图1.2锂离子电池的结构和工作原理（李艳卫2018）Fig.1.2Thestructureandworkingmechanismoflithiumionbatteries.锂离子电池具有以下优点：（1）电压高，单个电池工作电压最高可达到4.2V，是镍-氢电池的3倍；（2）比能量大，目前可实现的比能量为90-120Wh/kg和200-300Wh/L；（3）循环寿命久，一般均可高于400次；（4）安全性能好，无记忆效应；（5）自放电小，储存一个月容量可保持80%以上；（6）倍率性能好，适应现代生活快速充放电的需求；（7）工作温度范围广，大约为-20~45℃。
华中农业大学2020届硕士研究生学位论文8图1.4(a、b)FeMoO4纳米棒的TEM；(c)FeMoO4纳米棒的循环性能；(d、e)FeMoO4纳米棒的形成机理和CV图（Zhangetal2015）Fig.1.4(a,b)TheTEMimagesofFeMoO4nanorods;(c)ThecyclingperformanceofFeMoO4nanorods;(d,e)TheformationmechanismandCVcurvesofFeMoO4nanorods.Park等(Parketal2018)通过喷雾干燥法制备了NiMoO4纳米微球，雾化液滴中的糊精在喷雾干燥过程中发生相分离形成微球结构，而空气气氛中的煅烧使微球内形成大量均匀分布的纳米孔洞（图1.5a、b、c）。在1A/g的电流密度下，第二圈的放电比容量有1240mAh/g，并且500次循环后放电比容量还有1020mAh/g，容量保持率为82%。在10A/g的超高电流密度下，材料的放电比容量还有413mAh/g（图1.5d、e）。研究表明，材料表面的中空结构可以缓解充放电过程中的体积膨胀，而孔洞可以缩短锂离子传输路径，进而提高材料的电化学性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池3d过渡金属氧化物负极微/纳米材料[J]. 陈欣,张乃庆,孙克宁. 化学进展. 2011(10)
博士论文
[1]高容量锂离子电池硅氧碳基负极材料的制备及性能研究[D]. 吴泽.哈尔滨工业大学 2019
[2]高比能量锂离子电池硅/锗基负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 王帮润.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2019
[3]过渡金属氧化物负极材料的设计、制备及储锂性能研究[D]. 王军勇.华东师范大学 2019
[4]钛基聚阴离子型负极材料储能性质的研究[D]. 魏芷宣.吉林大学 2019
[5]石墨烯/过渡金属氧化物复合材料可控合成及其在锂离子电池中的应用[D]. 陈家元.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2018
[6]基于过渡金属氧化物的微纳多级复合材料的设计制备及储锂性能研究[D]. 喻嘉.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2018
[7]高容量硅、锗基锂电池负极材料的设计合成及其电化学性能研究[D]. 王蕾.华中科技大学 2018
[8]多孔钒基电极材料的制备、电化学性能及优化机制[D]. 罗艳珠.武汉理工大学 2016
[9]纳米结构锂离子电池负极材料的设计、制备及性能研究[D]. 李鹿.东北师范大学 2012
[10]过渡金属氧化物锂离子电池负极材料纳米复合化改性研究[D]. 麦永津.浙江大学 2012
硕士论文
[1]石墨烯基膜钼酸镍的制备与锂电性能的研究[D]. 李溪.西北大学 2018
[2]基于过渡金属氧化物微纳米结构材料的锂离子电池的研制[D]. 李艳卫.长春理工大学 2018
[3]过渡金属钼酸盐的制备及其电化学性能的研究[D]. 任小吉.武汉理工大学 2018
[4]碳包覆钼酸钴纳米片阵列复合材料的制备及电化学储能研究[D]. 戎泽.浙江理工大学 2017
[5]高性能柔性钼酸盐复合纳米线电极的制备及其电化学性能的研究[D]. 陈亚平.哈尔滨工程大学 2016
本文编号：3503210
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的应用领域（罗艳珠2016）
钼酸盐电极材料的结构调控及电化学性能研究3系为例：充电时，Li+从LiCoO2中脱出，穿过电解液和隔膜到达并嵌入石墨负极中，使正极和负极分别处于贫锂(Li1-xCoO2)和富锂(LixC6)的状态，完成充电。同时，电子从LiCoO2正极脱出，经过外电路流向石墨负极，实现正负极的电荷平衡（李艳卫2018）。而放电则是充电过程的逆向，使正负极又回到充电前的状态。具体电极反应如下：图1.2锂离子电池的结构和工作原理（李艳卫2018）Fig.1.2Thestructureandworkingmechanismoflithiumionbatteries.锂离子电池具有以下优点：（1）电压高，单个电池工作电压最高可达到4.2V，是镍-氢电池的3倍；（2）比能量大，目前可实现的比能量为90-120Wh/kg和200-300Wh/L；（3）循环寿命久，一般均可高于400次；（4）安全性能好，无记忆效应；（5）自放电小，储存一个月容量可保持80%以上；（6）倍率性能好，适应现代生活快速充放电的需求；（7）工作温度范围广，大约为-20~45℃。
华中农业大学2020届硕士研究生学位论文8图1.4(a、b)FeMoO4纳米棒的TEM；(c)FeMoO4纳米棒的循环性能；(d、e)FeMoO4纳米棒的形成机理和CV图（Zhangetal2015）Fig.1.4(a,b)TheTEMimagesofFeMoO4nanorods;(c)ThecyclingperformanceofFeMoO4nanorods;(d,e)TheformationmechanismandCVcurvesofFeMoO4nanorods.Park等(Parketal2018)通过喷雾干燥法制备了NiMoO4纳米微球，雾化液滴中的糊精在喷雾干燥过程中发生相分离形成微球结构，而空气气氛中的煅烧使微球内形成大量均匀分布的纳米孔洞（图1.5a、b、c）。在1A/g的电流密度下，第二圈的放电比容量有1240mAh/g，并且500次循环后放电比容量还有1020mAh/g，容量保持率为82%。在10A/g的超高电流密度下，材料的放电比容量还有413mAh/g（图1.5d、e）。研究表明，材料表面的中空结构可以缓解充放电过程中的体积膨胀，而孔洞可以缩短锂离子传输路径，进而提高材料的电化学性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池3d过渡金属氧化物负极微/纳米材料[J]. 陈欣,张乃庆,孙克宁. 化学进展. 2011(10)
博士论文
[1]高容量锂离子电池硅氧碳基负极材料的制备及性能研究[D]. 吴泽.哈尔滨工业大学 2019
[2]高比能量锂离子电池硅/锗基负极材料的制备及其电化学性能研究[D]. 王帮润.中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) 2019
[3]过渡金属氧化物负极材料的设计、制备及储锂性能研究[D]. 王军勇.华东师范大学 2019
[4]钛基聚阴离子型负极材料储能性质的研究[D]. 魏芷宣.吉林大学 2019
[5]石墨烯/过渡金属氧化物复合材料可控合成及其在锂离子电池中的应用[D]. 陈家元.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2018
[6]基于过渡金属氧化物的微纳多级复合材料的设计制备及储锂性能研究[D]. 喻嘉.中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所) 2018
[7]高容量硅、锗基锂电池负极材料的设计合成及其电化学性能研究[D]. 王蕾.华中科技大学 2018
[8]多孔钒基电极材料的制备、电化学性能及优化机制[D]. 罗艳珠.武汉理工大学 2016
[9]纳米结构锂离子电池负极材料的设计、制备及性能研究[D]. 李鹿.东北师范大学 2012
[10]过渡金属氧化物锂离子电池负极材料纳米复合化改性研究[D]. 麦永津.浙江大学 2012
硕士论文
[1]石墨烯基膜钼酸镍的制备与锂电性能的研究[D]. 李溪.西北大学 2018
[2]基于过渡金属氧化物微纳米结构材料的锂离子电池的研制[D]. 李艳卫.长春理工大学 2018
[3]过渡金属钼酸盐的制备及其电化学性能的研究[D]. 任小吉.武汉理工大学 2018
[4]碳包覆钼酸钴纳米片阵列复合材料的制备及电化学储能研究[D]. 戎泽.浙江理工大学 2017
[5]高性能柔性钼酸盐复合纳米线电极的制备及其电化学性能的研究[D]. 陈亚平.哈尔滨工程大学 2016
本文编号：3503210
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3503210.html
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