氯氧化铋、钼酸铋的制备及其电化学性能研究

发布时间：2020-04-02 04:51

【摘要】：21世纪以来,随着全球污染的加剧,能源需求的增加,以及动力汽车和便携式电子设备的发展,对于碱性二次电池与锂离子电池等储能系统的开发对社会发展具有重大意义。本文制备出{110}晶面暴露和{001}晶面暴露的BiOCl电极材料,将其分别作为碱性二次电池和锂离子电池的电极材料,然后制备出三种不同晶相的钼酸铋材料作为锂离子电池电极材料,并研究各种电极材料的电化学性能。本论文的主要内容如下:1.以硝酸铋和氯化钾为原料,在室温下通过水解法分别制备了 {001}晶面和{110}晶面暴露的BiOCl材料。通过X射线衍射和透射电镜确认了两种材料为{001}和{110}晶面暴露,并通过扫描电镜表征确认了两种材料的纳米片形貌结构。将两种材料分别与氢氧化镍对电极组装成Ni/Bi碱性二次电池,来研究和比较两种材料的电化学性能。电化学测试结果表明{110}晶面暴露的BiOCl电极材料在0.5A g-1电流密度下的比容量为213.4 mAh g-1,在5 Ag-1时的容量为162.5 mAh g-1；在2Ag-1电流密度下循环500次,容量保留率为73%,展现了比{001}晶面暴露的BiOCl材料更好的电化学性能。2.以金属锂为对电极,研究了所制备的{001}面和{110}面暴露的BiOCl电极材料在锂离子电池中的电化学性能。通过比较,发现{110}晶面暴露的BiOCl材料具有更高的可逆比容量和更优的倍率性能。这可能是因为{110}高能晶面暴露的BiOCl电极材料为锂离子嵌入/脱出反应提供了更多的活性位点,同时缩短了锂离子迁移通道而导致的。3.以硝酸铋和钼酸钠为原料,通过水热法制备了三种不同晶相的钼酸铋材料:α-Bi2Mo3012,β-Bi2Mo209和γ-Bi2Mo06,并以金属锂为对电极,研究并比较了三种电极材料在锂离子电池中的电化学性能。研究发现3个样品在锂离子电池中均具有良好的电化学活性,在0.7 V有一个稳定的放电平台,适于充当锂离子电池负极材料。通过对3种材料的电化学性能进行比较,发现γ-Bi2MO06材料拥有更高的比容量和更好的倍率性能,这是因为γ-Bi2MO06材料的层状晶体结构为Li+的嵌入/脱出反应提供了更多的离子通道。
【图文】：

晶面,结构图

王丹使用葡萄糖作为结构导向剂，将Ｂｉ２0３纳米棒和盐酸在１６０°Ｃ下反应１５ｈ，逡逑得到了暴露｛１１０｝晶面的一维Ｂｉ0ａ材料，并研究了其在紫外光下对罗丹明Ｂ的光逡逑催化性能。如图３．１所示，作为一种层状结构的电化学活性材料，ＢｉＯＣｌ的｛００１｝逡逑晶面的０原子密度远高于｛１１０｝晶面，相比之下｛１１０｝晶面中更高的Ｂｉ原子密度可逡逑能会为电极反应提供更多的活性位点，因此不同晶面暴露的ＢｉＯＣｌ电极材料可能逡逑会有电化学性能上的差异。然而对于不同晶面暴露的ＢｉＯＣｌ的电化学性能研究和逡逑比较则未见报道。逡逑基于以上研宄背景，在本章中，我们以硝酸铋和氯化钾为原料，用葡荀糖作逡逑为晶面调控剂，通过简单的常温水解法分别合成了邋｛００１｝和｛１１０｝晶面暴露的逡逑ＢｉＯＣｌ材料，通过ＸＲＤ和ＴＥＭ等表征手段确认了材料的表面结构和晶面暴露情逡逑况，并将其与Ｎｉ（ＯＨ）２组装成碱性二次电池，研宄和比较了两种材料的电化学性逡逑能。逡逑１３逡逑

曲线,恒流充放电,电流密度,电极

图３．５邋ＢＯＣ－００１和ＢＯＣ－１１０的循环伏安测试图逡逑３．３．４．２恒流充放电测试逡逑图３．６和３．７分别展示了两个电极分别在不同电流密度下的恒流充放电曲线。逡逑根据测试结果，经过计算可知，，ＢＯＣ－００丨在０．５Ａｇ－、ｌＡｇ－１，２Ａｇ＇邋５Ａ＃逡逑下的比容量分别为１６７．６，１５３．４，邋１３６．２，１０３．３邋ｍＡｈ邋ｇ－１，而ＢＯＣ－１１０的比容量逡逑分别为邋２１３．４，２０３．９，１９６．３邋和邋１６２．５邋ｍＡｈ邋ｇ－１，均高于邋ＢＯＣ－００１，这说明了邋ＢＯＣ－１１０逡逑在不同电流密度下都具有比ＢＯＣ－００１更高的比容量。在５Ａ＃下，ＢＯＣ－００１的逡逑容量保留率为６１％，而ＢＯＣ－１１０的容量保留率为７６．１％，展现了更好的倍率性逡逑能。以上对于恒流充放电测试得出的结论均与ＣＶ测试结果相一致。对于ＢｉＯＣｌ逡逑这种层状结构的材料而言，ＢＯＣ－１１０样品更小的粒径和｛１１０｝高能晶面暴露为电逡逑极反应提供了更多的反应活性位点和更短的离子扩散路径，因此有效提升了电极逡逑材料的容量和倍率性能。逡逑１８逡逑
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ135.32;TM912

【参考文献】