發(fā)布時間：2020-04-25 10:23

【摘要】：將過渡金屬氧化物負極材料構(gòu)筑成微納結(jié)構(gòu),或者與其他材料進行復(fù)合,是提升鋰離子電池性能的有效途徑。采用可控方式制備性能優(yōu)異的材料,是實現(xiàn)電極材料性能提升、實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的前提條件。在去合金化反應(yīng)中,通過改變前驅(qū)體合金的組分、添加表面活性劑、改變刻蝕液濃度或刻蝕途徑、添加強氧化劑等方法,制備出鐵基、錳基微納結(jié)構(gòu)復(fù)合電極材料,以XRD、SEM、EDS、XPS等表征手段分析材料結(jié)構(gòu),并采用恒電流充放電循環(huán)、循環(huán)伏安、交流阻抗等方法研究測試其電化學(xué)性能。結(jié)果表明,改變這些去合金化的條件,均可以實現(xiàn)材料的可控制備以及電化學(xué)性能的優(yōu)化改進。1.選取不同組分的多元鐵基、錳基合金進行去合金化反應(yīng),產(chǎn)物為AB_2O_4型尖晶石結(jié)構(gòu),其中,錳含量較高的更容易生成八面體形貌產(chǎn)物,而鐵、銅、鎳含量的產(chǎn)物更容易形成片狀產(chǎn)物。對結(jié)果產(chǎn)物進行電化學(xué)性能測試,可以得到,AB_2O_4結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物中,B組分主要提供儲鋰能力,A組分主要改變電化學(xué)穩(wěn)定性。此外,復(fù)合材料的微納結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)也對電化學(xué)性能有著顯著影響。因此,對錳基、鐵基合金前驅(qū)體加入不同摻雜量的多種元素,可以改善產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)、形貌并提升電化學(xué)性能。2、在鐵基、錳基合金去合金化的過程中,添加非離子、陰離子和陽離子表面活性劑參與反應(yīng),并對比結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn),不同類型表面活性劑對產(chǎn)物形貌及產(chǎn)物的作用機理可能存在差異。其中,非離子表面活性劑PVP可能會減緩Al與NaOH的反應(yīng)速率,導(dǎo)致去合金化產(chǎn)物的形貌發(fā)生改變、結(jié)晶性變差;而陰離子表面活性劑并沒有對產(chǎn)物的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)甚至是結(jié)晶性造成直接影響,但是對形貌的影響比較明顯;陽離子表面活性劑CTAB在去合金化反應(yīng)中起到了結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑作用,顯著改善了產(chǎn)物的結(jié)晶性和微觀形貌。這三種表面活性劑的加入均影響了產(chǎn)物的儲鋰性質(zhì)和電化學(xué)的穩(wěn)定性,結(jié)果表明,表面活性劑的種類、添加量、臨界膠束濃度、聚合度、官能團對去合金化產(chǎn)物均起到了不同程度的影響,并且這種方法簡單、高效、可調(diào)節(jié),具有實際意義。3、首先對比了不同濃度NaOH腐蝕液對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響,結(jié)果表明,選擇適當?shù)臐舛瓤梢蕴岣弋a(chǎn)物Mn_3O_4/CuMn_2O_4在充放電過程中的穩(wěn)定性,尤其是5M產(chǎn)物具有最優(yōu)的循環(huán)性能(200 mA g~(-1)循環(huán)600圈,596 mAh g~(-1))和良好的倍率性能(2000 mA g~(-1)電流密度,114 mAh g~(-1))以及大電流充放電的穩(wěn)定性。接著我們用先酸后堿,分步刻蝕的方法制備Mn_3O_4/CuMn_2O_4時,與前面的產(chǎn)物相比,產(chǎn)物的結(jié)晶性和微觀形貌有所改善,但是需要控制好氧化物的實際含量,避免活性物質(zhì)較少所造成的對電化學(xué)反應(yīng)的不利影響。最后通過在去合金化反應(yīng)中添加強氧化劑H_2O_2,并與未添加H_2O_2的產(chǎn)物作對比,結(jié)果表明,添加H_2O_2改善了Fe_3O_4/NiFe_2O_4的結(jié)構(gòu),使得產(chǎn)物晶粒尺寸明顯減小,形貌更加均勻,儲鋰性能和穩(wěn)定性也得到了改善和提升。由此可知,在實際的去合金化生產(chǎn)和應(yīng)用的過程中,以上的實驗都可以實現(xiàn)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和性能的可控制備,并具有參考價值和實踐意義。
【圖文】：

[4-6]。圖1.1 回顧儲能設(shè)備的發(fā)展歷史[7]。（左上）1899年，配備鉛酸電池的汽車，（左下）當今，純電動汽車，（右上）1920年，第一臺無線電話，（右下）100年后，智能手機。Figure 1.1 Revisiting the past. In 1899, a car equipped with lead acid batteries (top left). Onecentury later, fully electrical cars (bottom left), are coming back into the picture. Meanwhile, thefirst invented wireless communication in 1920 (top right). 100 years later, the latest multi-functionmobile phones (bottom right).常用的儲能技術(shù)，，包括機械儲能、化學(xué)儲能、電儲能和電化學(xué)儲能四類[8]，由于電池是具有高效、低污染、便攜性、可控性強等優(yōu)點[9]的電化學(xué)儲能設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。經(jīng)過一個多世紀的發(fā)展和應(yīng)用[7]

這促進了新能源產(chǎn)業(yè)體系的快速發(fā)展，從而進一步推動了電池研究及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的長足進步。圖1.2 不同電池的能量密度（質(zhì)量能量密度-體積能量密度）對比圖[3]。Figure 1.2 Comparison of the different battery technologies in terms of volumetric and gravimetricenergy density.1.2 鋰離子電池概述鋰離子電池是指以Li+嵌入和脫嵌為內(nèi)容的化合物作為正負極材料的一種二次“搖椅式”電池。由于鋰是相對原子質(zhì)量最�。�6.94）、標準電極電位最低（-3.04V）的金屬元素，可以產(chǎn)生超過3 V的工作電壓，并且鋰是理論上電化學(xué)比能量最大（3860 mAh g-1）的金屬，導(dǎo)致其容量遠高于其他傳統(tǒng)商業(yè)化電池。自1976年首次報道了二次鋰電池的研究以來，鋰離子電池成為了近年來的研究熱點[11]，特別是1991年日本索尼公司成功開發(fā)出商業(yè)化鋰離子電池（LixC6/LiX PC-EC溶液/Li1-xCoO2），鋰離子電池開始在筆記本電腦、智能手機、便攜式穿戴設(shè)備上大量使用，如今鋰離子電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了完善的生產(chǎn)工藝體系。1.2.1 鋰離子電池組成鋰離子電池的內(nèi)部組成
【學(xué)位授予單位】：長春理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB33;TM912

【參考文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 韻勤柏;高容量型鋰二次電池負極材料與電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備[D];清華大學(xué);2016年

本文編號：2640136