过渡金属氧化物铁基负极材料的合成及改性研究
发布时间：2020-12-14 00:47
近年来,铁基过渡金属氧化物作为很有前景的锂离子电池负极材料,以其低成本,无毒,自然丰度,相对较高的理论容量(?1000 mA h g-1)和易于大规模制造而备受关注,然而,铁基过渡金属氧化物充放电过程中的体积膨胀导致循环稳定性差和导电性不好导致倍率性能差。本论文通过巧妙的设计合成了核壳Fe2O3@TiO2、多孔结构Fe2O3/N-GO复合材料和核壳NiFe2O4@SiO2,以三种不同的改性方式来进一步提升铁基过渡金属氧化物的电化学性能。研究内容主要概括如下:（1）通过共沉淀法合成的纳米颗粒Fe2O3,并利用酞酸丁酯的水解合成Fe2O3@TiO2核壳纳米复合材料。当用作锂离子电池负极材料进行充放电测试,0.1 C的电流密度下,经过100次循环后样品1、2、3、4可逆比容量分别保持为29...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的应用邻域Figure1-1TheapplicationofLithium-ionbattery
1绪论3图中,按时间顺序概述了20世纪70年代早期开发的“固溶电极”和70年代末提出的“摇椅式电极概念”的背景，这两个分别用于锂离子电池和固态电池(SSBs)[18]。在20世纪80年代确定合适的电极和电解质材料之后，总结了20世纪90年代锂离子电池的商业化和90年代以来锂离子电池的主要改进[19,20]。图1-2“固溶电极”和“摇椅式电极概念”的背景下SSBs和LIBs的发展史Figure1-2developmenthistoryofSSBsandLIBsagainstthebackgroundof"solidsolutionelectrode"and"rockingchairelectrodeconcept"锂离子电池的发展历史虽然没有太长但其发展速度十分迅猛。锂二次电池的这个缺陷一直困扰了人们很久，直到“摇椅式电池”这一概念的提出，才从根本上解决了金属锂负极所带了的安全问题[21]。上世纪八十年代，Armond等人[5]提出了采用嵌锂化合物来作为二次锂电池的正负极材料，在新的电池系统中，电池充放电时Li+是在正负极材料中反复的嵌入与脱出。由于Li+在正负极中的这种往返运动像摇椅在摇动一样，所以这种电池被形象地称为“摇椅式电池”[22]。之后，Lazzari等人通过实验方式证明此种构想的可行性[23]。在此同时，正极材料的研究也同样取得了进展，Goodenough等[24]先后提出了两种重要的锂离子电池正极材料，分别是LiCoO2和LiMn2O4。1990年，Nagoura等[25]以石焦油为负极，LiCoO2为正极成功研制出了电化学性能较好的锂离子电池(C/LiCoO2)，并首次有了“Lithium-ionbattery”这一概念；1991年，Sony公司实现了锂离子电池的商业化；1997年，Goodenough等[26]在又提出了第三种重要的锂离子电池正极材料磷酸铁锂LiFePO4。此后，锂离子电池各种电极材料不断涌现，锂离子电池的综合性能得到不断提高[27]。但随着近年来电动汽车的?
西南科技大学硕士学位论文4出电压，单节锂离子电池电压可达3.6V，是传统镍镉、镍氢电池的三倍左右；(2)能量密度大。锂离子电池的体积能量密度和质量能量密度都高于传统充电电池，是目前市面上能量密度最大的二次电池；(3)自放电率小(每月仅2~8%)。自放电率是电池电荷的保持能力，锂离子电池之所以具有很小的自放电率，其原因在于锂离子电池在首次充放电时，在负极的表面会形成一层SEI膜，它能够有效阻止电子的通过，但并不会影响Li的通过。锂离子电池的自放电率一般仅为镍镉、镍氢电池的五分之一左右；(4)循环寿命长。锂离子电池在正常使用下，充/放电循环次数一般大于1000次；(5)充电效率高。锂离子电池的充电时间较其它充电电池短了很多，但想要运用到动力电池上，充电时间仍然显得较长，选择高导电率的电极材料有利于提高其充电效率；(6)使用温度范围宽。锂离子电池使用温度范围主要取决于电极材料、电解液和隔膜，通过选择合适材料，能够控制其使用温度范围。目前市面上的锂离子电池使用温度范围一般在-20~60°C之间；(7)对环境友好。锂离子电池中不含有传统电池中所含有的重金属元素，是一种绿色电池；(8)成本高。锂离子电池中锂、钴等资源较为稀少，造成锂离子电池没有相比于传统充电电池低成本的优势。1.2.3锂离子电池的结构和工作原理锂离子电池的组成主要包括正极材料、电解液、隔膜、负极材料和电池壳等。其外形一般有圆柱型、钮扣形、方形、薄膜形，不同外形锂离子电池的组成结构如图1-3所示图1-3各种锂离子电池的组成结构图(a)圆柱形,(b)纽扣型,(c)方形,(d)薄膜型Figure1-3compositionandstructureofvariouslithiumionbatteries(a)cylindrical,(b)button-shaped,(c)square,and(d)thin-film
本文编号：2915488
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池的应用邻域Figure1-1TheapplicationofLithium-ionbattery
1绪论3图中,按时间顺序概述了20世纪70年代早期开发的“固溶电极”和70年代末提出的“摇椅式电极概念”的背景，这两个分别用于锂离子电池和固态电池(SSBs)[18]。在20世纪80年代确定合适的电极和电解质材料之后，总结了20世纪90年代锂离子电池的商业化和90年代以来锂离子电池的主要改进[19,20]。图1-2“固溶电极”和“摇椅式电极概念”的背景下SSBs和LIBs的发展史Figure1-2developmenthistoryofSSBsandLIBsagainstthebackgroundof"solidsolutionelectrode"and"rockingchairelectrodeconcept"锂离子电池的发展历史虽然没有太长但其发展速度十分迅猛。锂二次电池的这个缺陷一直困扰了人们很久，直到“摇椅式电池”这一概念的提出，才从根本上解决了金属锂负极所带了的安全问题[21]。上世纪八十年代，Armond等人[5]提出了采用嵌锂化合物来作为二次锂电池的正负极材料，在新的电池系统中，电池充放电时Li+是在正负极材料中反复的嵌入与脱出。由于Li+在正负极中的这种往返运动像摇椅在摇动一样，所以这种电池被形象地称为“摇椅式电池”[22]。之后，Lazzari等人通过实验方式证明此种构想的可行性[23]。在此同时，正极材料的研究也同样取得了进展，Goodenough等[24]先后提出了两种重要的锂离子电池正极材料，分别是LiCoO2和LiMn2O4。1990年，Nagoura等[25]以石焦油为负极，LiCoO2为正极成功研制出了电化学性能较好的锂离子电池(C/LiCoO2)，并首次有了“Lithium-ionbattery”这一概念；1991年，Sony公司实现了锂离子电池的商业化；1997年，Goodenough等[26]在又提出了第三种重要的锂离子电池正极材料磷酸铁锂LiFePO4。此后，锂离子电池各种电极材料不断涌现，锂离子电池的综合性能得到不断提高[27]。但随着近年来电动汽车的?
西南科技大学硕士学位论文4出电压，单节锂离子电池电压可达3.6V，是传统镍镉、镍氢电池的三倍左右；(2)能量密度大。锂离子电池的体积能量密度和质量能量密度都高于传统充电电池，是目前市面上能量密度最大的二次电池；(3)自放电率小(每月仅2~8%)。自放电率是电池电荷的保持能力，锂离子电池之所以具有很小的自放电率，其原因在于锂离子电池在首次充放电时，在负极的表面会形成一层SEI膜，它能够有效阻止电子的通过，但并不会影响Li的通过。锂离子电池的自放电率一般仅为镍镉、镍氢电池的五分之一左右；(4)循环寿命长。锂离子电池在正常使用下，充/放电循环次数一般大于1000次；(5)充电效率高。锂离子电池的充电时间较其它充电电池短了很多，但想要运用到动力电池上，充电时间仍然显得较长，选择高导电率的电极材料有利于提高其充电效率；(6)使用温度范围宽。锂离子电池使用温度范围主要取决于电极材料、电解液和隔膜，通过选择合适材料，能够控制其使用温度范围。目前市面上的锂离子电池使用温度范围一般在-20~60°C之间；(7)对环境友好。锂离子电池中不含有传统电池中所含有的重金属元素，是一种绿色电池；(8)成本高。锂离子电池中锂、钴等资源较为稀少，造成锂离子电池没有相比于传统充电电池低成本的优势。1.2.3锂离子电池的结构和工作原理锂离子电池的组成主要包括正极材料、电解液、隔膜、负极材料和电池壳等。其外形一般有圆柱型、钮扣形、方形、薄膜形，不同外形锂离子电池的组成结构如图1-3所示图1-3各种锂离子电池的组成结构图(a)圆柱形,(b)纽扣型,(c)方形,(d)薄膜型Figure1-3compositionandstructureofvariouslithiumionbatteries(a)cylindrical,(b)button-shaped,(c)square,and(d)thin-film
本文编号：2915488
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