金属铋氧化物的制备及其电化学性能研究

发布时间：2020-03-30 16:01

【摘要】：在科学技术的推动下,以电池为储能元件的便携式小型电子产品的发展日新月异,纯电动汽车的发展势头迅猛,因此,寻求高效、经济、安全、环保的储能设备已经成为能源领域研究的关键。其中,以碱性二次电池和锂离子电池为代表的高性能储能器件,因具有能量转化率高,使用方便、易于携带、安全可靠等特点,广泛的应用在我们的日常生活中。本文制备出Bi2O3、Cu掺杂Bi2O3、Fe掺杂Bi2O3三种电极材料,作为负极材料,并分别组装成碱性二次电池和锂离子电池,研究所制备材料的电化学性能。本论文的主要内容如下:1.以Bi(NO3)3·5H2O为原料,利用沉淀-高温烧法制备Bi2O3材料,通过正交实验得出,当Bi(NO3)3浓度为0.08molL-1,KOH浓度为1.5molL-1,煅烧温度为450℃,煅烧时间为6 h,获得电化学性能最优的Bi2O3材料。将其与正极材料Ni(OH)2组装成Bi2O3//Ni(OH)2碱性二次电池,在1Ag-1的电流密度下,其比容量为226 mAh g-1,经500次循环后保持初始比容量的70%。2.以Bi(NO3)3·5H2O为原料,以氢氧化钾为沉淀剂,利用共沉淀-高温煅烧法制备Cu掺杂Bi2O3材料,通过正交实验得出,当以乙酸铜为铜源、掺杂比例ncu/nBi=0.08,煅烧温度为450℃,煅烧时间为6h时,得到性能最佳的Cu掺杂Bi2O3材料。将其与正极材料Ni(OH)2组装成Cu-Bi2O3//Ni(OH)2碱性二次电池。在1 A g-1的电流密度下,比容量为313 mAh g-1,经500次循环后保持初始比容量的80%。3.以Bi(NO3)3·5H2O为原料,以氢氧化钾为沉淀剂,利用共沉淀-高温煅烧法制备Fe掺杂Bi2O3材料,通过正交实验得出,以草酸高铁铵为铁源,掺杂比例nFe/nBi=0.1,煅烧温度为450℃,煅烧时间为6h时,制备出电化学性能最佳的Fe掺杂Bi2O3材料。将其与锂片组装成半电池,在100 mA g-1的电流密度下,首次放电比容量为1060 mAhg-1,第二圈的可逆容量为550 mAh g-1 50次循环后,容量仍有285 mAh g-1,与纯相的氧化铋相比,掺杂后的材料,在容量和寿命两个方面,都表现出更优异的电化学性能。
【图文】：

示意图,锂离子,工作原理,示意图

因此对于锂离子电池来说，要实现在能量密度和功率密度上的突破，^u逡逑发和设计新型的正负极电极材料是决定锂离子电池向前发展的关键环节之一。逡逑一般的锂离子电池工作机理如图１．１：充电时锂离子从正极材料的晶格中脱逡逑出，穿过电解质和隔膜，嵌入到负极材料的晶格中？，放电时锂离子的运动轨迹正逡逑好相反，从负极材料的晶格中脱出，经过电解质和隔膜，嵌入到正极材料的晶格逡逑中。在整个充放电过程中，锂离子在正负极之间做往复运动，形如摇椅的来回摆逡逑动，，正因如此，锂离子电池又称为摇椅电池［＜３］。逡逑暮逡逑ｕｉ邋＾１逡逑Ａｎｏｄｅ逦Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ逦Ｃａｔｈｏｄｅ逡逑（ｇｒａｐｈｉｔｅ）逦（ＬＩＣｏＯ＾）逡逑逦逦＾逡逑图１．１锂离子工作原理示意图逡逑３逡逑

流程图,流程图,二次电池,操作步骤

图２．１制备电极的流程图逡逑
【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】：U469.72

【参考文献】