發(fā)布時間：2021-11-22 02:10

　　基于無機過渡金屬（Ni,Mn,Co等）氧化物正極、石墨負極的傳統(tǒng)鋰離子電池為人們帶來便捷。然而,如今逐漸暴露出短板。容量方面,無機過渡金屬氧化物-石墨體系的容量已不能滿足電動汽車等大型設(shè)備的需求;資源方面,過渡金屬元素在地殼中的儲量有限;環(huán)境方面,由于無法有效回收,廢舊鋰離子電池中的重金屬對環(huán)境將造成嚴重污染。因此,理論比容量高、來源豐富、綠色環(huán)保的正極材料亟待開發(fā)。有機醌類化合物擁有羰基活性位點,可滿足不同金屬離子的嵌入/脫嵌,同時具有理論比容量高、結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強、來源豐富、環(huán)境友好等優(yōu)勢,是一種非常有潛力的正極材料。但是,醌類化合物在充放電過程中會出現(xiàn)溶于有機電解液的現(xiàn)象,這一問題嚴重阻礙了此類化合物在鋰離子電池中的產(chǎn)品化進程。本文研究了有機醌類化合物Pillar[5]quinone（P5Q,柱[5]醌）作為正極材料的儲鋰/鈉電化學(xué)行為,并針對P5Q在循環(huán)過程中發(fā)生溶解的問題,采用簡單的“灌注法”,將P5Q固載在CMK-3的孔道中,使電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能都得到了明顯的提升利用。1.以P5Q作鋰離子電池正極材料時,首圈容量為420 mAh g^-1,接近其理... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

無機正極材料的鋰離子電池典型工作原理

第1章緒論-5-圖1-3層狀過渡金屬氧化物類正極材料結(jié)構(gòu)示意圖（紅色：鋰離子，灰色：過渡金屬離子）尖晶石化合物L(fēng)iM2O4，其結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。尖晶石LiM2O4是一種低成本、環(huán)保、儲量豐富的鋰離子電池正極材料，代表性物質(zhì)為LiMn2O4。Thackeray等人[17]在1983年首次指出，尖晶石構(gòu)型的LiMn2O4材料可以用于鋰離子電池正極，后來出現(xiàn)大量這方面的研究。Cui等人[18]報道了，實驗結(jié)果表明，相比市場化的粉末材料而言，單晶LiMn2O4納米棒在高倍率下具有更高的比容量，且經(jīng)過100次循環(huán)后，容量保持率超過85%，表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。Guan等人[19]采用簡單的水熱法制備了尖晶石LiMn2O4和碳納米管的納米復(fù)合材料，結(jié)合LiMn2O4良好的結(jié)晶度和CNTs優(yōu)異的電子導(dǎo)電性，在1C的放電倍率下，獲得了115mAhg-1的可逆放電容量，LiMn2O4/CNTs納米復(fù)合材料在100個循環(huán)時的容量保持率接近100%。LiMn2O4鋰離子電池工作電壓最高可達3.7V，并且具有優(yōu)良的安全性和成本優(yōu)勢，但該材料存在一個嚴重的問題，即容量的衰減，造成這種現(xiàn)象的原因有兩個：（1）歧化反應(yīng)使得Mn2+溶解在電解液中；（2）循環(huán)過程中新相的生成。為解決這些問題，人們開發(fā)了多種方法，其中在提高循環(huán)性能方面，摻雜是最有效的方法之一，通過增大材料的晶格無序程度，即摻雜其他不同離子，而使其穩(wěn)定性得以提升。同時，摻雜多種離子也可以抑制材料的John-Teller效應(yīng)。對LiMn2O4而言，可摻雜離子包括Mg2+、Al3+、Zn+、Ti4+、Cr2+、Fe3+等。如Wang等人[20]最近報道的Mg2+和Ti4+摻雜尖晶石LiMn2O4材料，引入Mg2+減少Mn3+的相對含量，可以抑制John-Teller效應(yīng)；Ti4+摻雜代替Mn4+增加了LiMn2O4的晶格參數(shù)，可以促進鋰離子的嵌入/脫嵌。抑?

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-6-圖1-4尖晶石型化合物正極材料結(jié)構(gòu)示意圖（紅色：鋰離子，灰色：過渡金屬離子）橄欖石化合物L(fēng)iMPO4，代表性物質(zhì)為LiFePO4，其結(jié)構(gòu)如圖1-5所示。對聚陰離子材料的研究始于上世紀80年代，其固有穩(wěn)定性可以延遲傳統(tǒng)層狀和尖晶石型氧化物中氧的損失，或者使這種損失最小化。因此，對聚陰離子材料感興趣的研究者越來越多。圖1-5橄欖石型化合物正極材料結(jié)構(gòu)示意圖（紅色：鋰離子，灰色：過渡金屬離子，黃色：磷離子）橄欖石構(gòu)型的LiFePO4是一種典型的聚陰離子材料，該材料電化學(xué)性能良好，并且在成本、熱穩(wěn)定性和環(huán)保等方面均保持一定優(yōu)勢，因而備受關(guān)注。然而，該材料也存在不足，其主要缺點是電壓限制造成了能量密度偏低，本征導(dǎo)電性差造成倍率性能的缺陷。經(jīng)過大量研究，研究者總結(jié)出多種解決上述問題的方法，包括：（1）表面修飾，即在材料顆粒表面涂上金屬粉末導(dǎo)電膜，或者摻雜導(dǎo)電碳；（2）優(yōu)化材料顆粒尺寸，改進合成方法，得到尺寸更小更均一的材料；（3）用其他金屬離子摻雜Li或Fe位點，從材料本身改進導(dǎo)電性。Armand等人[21]首先發(fā)現(xiàn)，在聚合物電解質(zhì)電池中，LiFePO4表面涂上導(dǎo)電碳層后，80C時仍可達到理論比容量的90%以上，較好克服

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]鈉離子電池電極材料研究進展[J]. 張寧,劉永暢,陳程成,陶占良,陳軍.  無機化學(xué)學(xué)報. 2015(09)
[4]鈉離子電池正極材料的研究進展[J]. 楊紹斌,董偉,沈丁,王曉亮,李思南,王峰,王陽,孫聞.  功能材料. 2015(13)
[5]準固態(tài)鋰離子電池正極材料柱[5]醌的研究[J]. 朱智強,郭東升,陶占良,陳軍.  中國科學(xué):化學(xué). 2014(07)

博士論文
[1]柱芳烴的合成及其結(jié)構(gòu)研究[D]. 寇玉輝.華南理工大學(xué) 2010



本文編號：3510722