用于碱金属离子存储的分级Mn 3 O 4 /石墨烯微米花制备及性能研究

发布时间：2021-06-10 01:04

　　当前,人类对新型绿色能源日益增长的需求正在推动大规模储能系统（LSESSs）的发展。锂离子电池因其具有比能量高、电池电压高、工作温度范围宽、贮存寿命长等优点,已广泛应用于军事和民用设备中,如移动电话、便携式计算机、摄像机、电动汽车等。因此锂离子电池是LSESSs的理想选择。目前,以石墨为负极材料的商用锂离子电池已不能满足人们对高能量密度、长循环寿命和快速充放电的需求。因此,开发新型的负极材料来替代传统石墨材料成为当前该领域研究的重点之一。过渡金属氧化物被认为是锂离子电池负极材料非常有前途的候选者,因为它们提供的可逆比容量比传统石墨大约高2到3倍,同时具有生态友好性、耐腐蚀性和良好的成本经济性。另外,除了材料种类之外,材料本身的结构对电化学性能的影响也很大,通过设计合理的纳米结构能够缩短离子扩散距离和提供连续的电子传输途径,对材料的电化学性能有很大的提升。近年来,随着锂资源的不断开发及其价格的上升,钠离子电池（NIB）和钾离子电池（KIB）系统受到了广泛的关注,由于它们的工作机理与锂离子电池相似,且Na和K的储量比Li更为丰富,因此NIB和KIB有取代锂离子电池趋势。然而,所有这些电池系... 

【文章来源】：湖北工业大学湖北省

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013-2020年全球锂离子电池产量[25]

湖北工业大学硕士学位论文6图1.22013-2020年全球锂离子电池市场规模[25]Figure1.2Globallithiumionbatterymarketsizeof2013-2020.当前，全球锂离子电池行业的发展呈现出四个特点:一是动力电池驱动效应的出现;二是产业发展重心进一步向我国转移;三是技术创新的步伐加快;四是产业融合持续加强。在国内，中国已成为世界上锂电池发展最活跃的地区。如图1.1,在产量方面，2017年中国锂离子电池产量约为88.7GWh，同比增长29.3%。动力电池产量44.5GWh，是3C以上产品最大的消费端，新能源汽车的消费占总生产的50%。动力电池正成为中国锂离子电池行业最大的驱动引擎，新能源汽车销量的逐年增长、电池的改革升级、锂电池逐渐取代铅酸电池以及出口市场的扩大都是动力电池的推动因素。市场重点将进一步向电力应用转移，国内生产锂离子电池的各企业已经迎来了非常好的发展机遇[1,2,5,9]。1.3锂离子电池的工作原理锂离子电池的工作原理：充电时，锂离子通过电解质从正极材料转移到负极材料，电子通过外电路从负极转移到正极。放电时锂离子通过电解液从负极材料转移到正极材料，电子通过外部电路从正极转移到负极。在每个充放电循环中，锂离子在负极和正极之间来回穿梭。所以，锂离子电池被称为摇椅式电池。另外，有机体系锂离子电池工作电压可以高于3V，这是与水系电池相比最重要的优点之一[26]。图1.3为锂离子电池工作示意图。

湖北工业大学硕士学位论文7图1.3锂离子电池工作原理示意图Figure1.3Schematicdiagramofworkingprincipleoflithiumionbattery.锂离子电池包括负极、正极、集流体、隔膜、电解质、外电路。负极由石墨、导电碳和聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂制成，负极集流体由铜箔制成。正极由导电碳、聚偏氟乙烯粘结剂和锂化合物组成，例如：LiCoO2、LiMn2O4、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2和LiFePO4是最常用的正极化合物[27]。正极集流体由铝箔制成。隔膜由聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)制成。常见的电解液为六氟磷酸锂(LiPF6)，溶解在碳酸乙烯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)或这些物质的混合物中。电池壳由金属或塑料制成，密封件由塑料制成[28]。1.4锂离子电池正极材料锂离子电池正极材料需要有较高的能量密度、功率密度、循环性能以及可靠的安全性能，所以正极材料理应满足下列基本条件：①材料本身需要含有锂，来提供首次放电过程中在负极材料表面形成SEI膜所消耗的Li+，以及在后续的可逆充放电过程中所用到的Li+；②能够提供较高的电极电位，输出电压越高，电池的能量密度越大；③在充放电过程中，电压平台保持稳定，以保证电极输出电位的稳定；④在放电过程中的放电平台较平，能够保证脱嵌的Li+数量大；⑤Li+在正极中的化学扩散系数较高，电极与电解质之间的界面稳定，具有高的功率密度，使得锂离子电池可以适应较高的充放电倍率，满足动力型电源的需求；⑥正极材料在充放电过程中结构稳定好，可逆性好，从而保证电池的循环稳定性好；⑦有较高的离子和离子电导率；⑧资源丰富，成本低廉并且拥有良好的化学稳定


本文编号：3221696