硫化物矿物/石墨烯复合电极材料的微波法制备
发布时间：2021-08-22 10:11
过渡金属硫化物,由于其无毒、低成本、理论容量高等优点,近年来已成为较有前景的锂离子电池负极候选材料。通过材料尺寸纳米化和与碳材料复合的方法可以有效改善过渡金属硫化物体积变化大和电导率低等缺点。在目前的众多研究中,硫化物负极材料都是通过化学方法合成,合成条件相对复杂,耗时长、成本高。自然界中的天然硫化物矿物具有种类多、储量丰富、成本低等优点,以硫化物矿物为原料,可以有效降低硫化物负极材料的成本。在本论文中,以天然硫化物（辉钼矿和闪锌矿）为原材料,通过简单快速的微波冲击合成了硫化物纳米颗粒/石墨烯复合材料,并对比了不同制备条件对其物理和电化学性能的影响,获得了具有优良电化学性能的锂离子电池负极材料。本论文不仅为降低电池材料成本提供了可能的解决方案,同时也为天然矿物的高附加值利用提供了新思路。论文取得的主要结果如下:（1）以辉钼矿（MoS2）为原料,通过表面改性静电吸引的方式与氮掺杂石墨烯复合,再进行微波处理得到一种辉钼矿/氮掺杂石墨烯复合材料（MoS2/NG）。该材料呈花团簇结构,具有较大的比表面积和更高机械强度。相比原矿复合材料的循环性能明显提...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各种形状的锂离子电池配置及组件a.圆柱形；b.纽扣式；c.方型；d.薄膜式
3溶剂腐蚀能力强且具有高强度(黄友桥,2011)。集流体的选择主要由锂离子电池的正负极电位来决定。目前正极采用铝箔，负极采用铜箔。因为正极电位高，而铝的氧化电位高，且铝箔表层有致密的氧化膜，对内部的铝也有较好的保护作用；相反，铜箔在高电位下很容易被氧化，低电位下较稳定(倪江锋,2005)。图1-2锂离子电池结构组成示意图Fig.1-2ThestructureofLi-ionbattery1.1.2锂离子电池工作原理锂离子电池的工作原理示意图如图1-3所示(ThackerayMM,2012)，其工作原理被形象地称为“摇椅式”。锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池，它主要依靠与外电路连接之后，锂离子在正负极之间可逆的穿梭移动进行电荷转移来工作，实现能量的储存和释放。充电时，在外加电场的作用下，锂离子从正极脱嵌，进入电解液中向负极方向运动，通过隔膜后嵌入层状的负极材料中。同时与锂离子正电荷等量的电子通过正极集流体，经外部电路向负极运动，以确保电荷平衡。这个过程中，正极逐渐趋于贫锂状态，负极则逐渐趋向富锂状态。放电过程刚好与之相反，锂离子从负极脱出后经过电解质嵌入正极材料的晶格空位中，同时带等量电荷的电子经外部电路补偿到正极(YuanX,2011;郑如定,2002)。理论上，锂离子的嵌入和脱出，不会破坏正负极材料的晶体结构，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。以LiCoO2/C电池为例，其充放电过程中的电极反应如下：
4正极反应：LiCoO2Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(1-1)负极反应:6C+xLi++xe-LixC6(1-2)总反应：6C+LiCoO2Li(1-x)CoO2+LixC6(1-3)图1-3锂离子电池工作原理示意图Fig.1-3Schematicviewoftheprincipleofoperationofalithium-ioncell1.2研究目的与意义随着人们对更雹更轻且具有更大容量的电池的需求不断增加，石墨由于其自身理论容量较低的限制，作为负极材料的提升空间已经非常有限(AnSJ,2016)。在新的电化学储能体系以及新的电池技术出现并走向成熟前，提高锂离子电池能量密度最关键的一步是，如何通过技术与工艺的创新，寻找可以用来代替传统锂离子电池正负极的具有更高比容量的材料。此外，新材料除了具有突出的性能外，其制备条件、稳定性、安全性和材料成本等问题都需要考虑在内，并综合各个方面进行平衡与完善。过渡金属硫化物，由于其无毒、低成本、理论容量高等优点，近年来已成为较有前景的锂离子电池负极候选材料。但过渡金属硫化物存在充放电过程中体积
【参考文献】：
期刊论文
[1]辉钼矿和黄铁矿的晶体结构与表面性质研究[J]. 林清泉,詹信顺,张红华,王晖,顾帼华. 矿冶工程. 2019(03)
[2]辉钼矿-碳酸钙氧化焙烧及熟料在碳酸铵溶液中的浸出（英文）[J]. 周秋生,云卫涛,席俊涛,李小斌,齐天贵,刘桂华,彭志宏. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(07)
[3]石墨烯的制备研究进展[J]. 袁小亚. 无机材料学报. 2011(06)
[4]锂离子电池隔膜材料的研究进展[J]. 黄友桥,管道安. 船电技术. 2011(01)
[5]汽车用动力锂离子电池发展现状[J]. 谢先宇,王潘,安浩,傅振兴. 上海汽车. 2010(01)
[6]锂离子电池硅基负极材料研究进展[J]. 王洪波,周艳红,陶占良,陈军. 电源技术. 2009(11)
[7]SiO的电化学性能及其电极过程动力学研究[J]. 赵薇,黄可龙,刘素琴,张建峰. 无机化学学报. 2007(09)
[8]锂离子电池电解液研究进展[J]. 郭营军,晨晖,谢燕婷. 新材料产业. 2007(08)
[9]天然黄铁矿FeS2的电化学性能研究[J]. 何向明,蒲薇华,王莉,姜长印,万春荣. 云南大学学报(自然科学版). 2005(S1)
[10]锂离子电池集流体的研究[J]. 倪江锋,周恒辉,陈继涛,张新祥. 电池. 2005(02)
硕士论文
[1]二硫化钼（MoS2）基复合纳米材料的制备及其电化学储锂性能研究[D]. 胡连仁.郑州大学 2015
本文编号：3357555
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
各种形状的锂离子电池配置及组件a.圆柱形；b.纽扣式；c.方型；d.薄膜式
3溶剂腐蚀能力强且具有高强度(黄友桥,2011)。集流体的选择主要由锂离子电池的正负极电位来决定。目前正极采用铝箔，负极采用铜箔。因为正极电位高，而铝的氧化电位高，且铝箔表层有致密的氧化膜，对内部的铝也有较好的保护作用；相反，铜箔在高电位下很容易被氧化，低电位下较稳定(倪江锋,2005)。图1-2锂离子电池结构组成示意图Fig.1-2ThestructureofLi-ionbattery1.1.2锂离子电池工作原理锂离子电池的工作原理示意图如图1-3所示(ThackerayMM,2012)，其工作原理被形象地称为“摇椅式”。锂离子电池实际上是一种锂离子浓差电池，它主要依靠与外电路连接之后，锂离子在正负极之间可逆的穿梭移动进行电荷转移来工作，实现能量的储存和释放。充电时，在外加电场的作用下，锂离子从正极脱嵌，进入电解液中向负极方向运动，通过隔膜后嵌入层状的负极材料中。同时与锂离子正电荷等量的电子通过正极集流体，经外部电路向负极运动，以确保电荷平衡。这个过程中，正极逐渐趋于贫锂状态，负极则逐渐趋向富锂状态。放电过程刚好与之相反，锂离子从负极脱出后经过电解质嵌入正极材料的晶格空位中，同时带等量电荷的电子经外部电路补偿到正极(YuanX,2011;郑如定,2002)。理论上，锂离子的嵌入和脱出，不会破坏正负极材料的晶体结构，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应。以LiCoO2/C电池为例，其充放电过程中的电极反应如下：
4正极反应：LiCoO2Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(1-1)负极反应:6C+xLi++xe-LixC6(1-2)总反应：6C+LiCoO2Li(1-x)CoO2+LixC6(1-3)图1-3锂离子电池工作原理示意图Fig.1-3Schematicviewoftheprincipleofoperationofalithium-ioncell1.2研究目的与意义随着人们对更雹更轻且具有更大容量的电池的需求不断增加，石墨由于其自身理论容量较低的限制，作为负极材料的提升空间已经非常有限(AnSJ,2016)。在新的电化学储能体系以及新的电池技术出现并走向成熟前，提高锂离子电池能量密度最关键的一步是，如何通过技术与工艺的创新，寻找可以用来代替传统锂离子电池正负极的具有更高比容量的材料。此外，新材料除了具有突出的性能外，其制备条件、稳定性、安全性和材料成本等问题都需要考虑在内，并综合各个方面进行平衡与完善。过渡金属硫化物，由于其无毒、低成本、理论容量高等优点，近年来已成为较有前景的锂离子电池负极候选材料。但过渡金属硫化物存在充放电过程中体积
【参考文献】：
期刊论文
[1]辉钼矿和黄铁矿的晶体结构与表面性质研究[J]. 林清泉,詹信顺,张红华,王晖,顾帼华. 矿冶工程. 2019(03)
[2]辉钼矿-碳酸钙氧化焙烧及熟料在碳酸铵溶液中的浸出（英文）[J]. 周秋生,云卫涛,席俊涛,李小斌,齐天贵,刘桂华,彭志宏. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2017(07)
[3]石墨烯的制备研究进展[J]. 袁小亚. 无机材料学报. 2011(06)
[4]锂离子电池隔膜材料的研究进展[J]. 黄友桥,管道安. 船电技术. 2011(01)
[5]汽车用动力锂离子电池发展现状[J]. 谢先宇,王潘,安浩,傅振兴. 上海汽车. 2010(01)
[6]锂离子电池硅基负极材料研究进展[J]. 王洪波,周艳红,陶占良,陈军. 电源技术. 2009(11)
[7]SiO的电化学性能及其电极过程动力学研究[J]. 赵薇,黄可龙,刘素琴,张建峰. 无机化学学报. 2007(09)
[8]锂离子电池电解液研究进展[J]. 郭营军,晨晖,谢燕婷. 新材料产业. 2007(08)
[9]天然黄铁矿FeS2的电化学性能研究[J]. 何向明,蒲薇华,王莉,姜长印,万春荣. 云南大学学报(自然科学版). 2005(S1)
[10]锂离子电池集流体的研究[J]. 倪江锋,周恒辉,陈继涛,张新祥. 电池. 2005(02)
硕士论文
[1]二硫化钼（MoS2）基复合纳米材料的制备及其电化学储锂性能研究[D]. 胡连仁.郑州大学 2015
本文编号：3357555
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