鋰離子電池（LIBs）憑借能量密度高、循環(huán)壽命長和安全可靠等優(yōu)點廣泛應用于諸類電子產品、大規(guī)模儲能電站和純（混合）電動汽車等領域。因為傳統(tǒng)的石墨鋰電負較低的理論比容量(372 mAh g^-1)極大了限制了先進LIBs的發(fā)展,所以開發(fā)出一個高性能負極材料迫在眉睫。在眾多的負極材料中一氧化錳（MnO）擁有相對低的電壓滯后、電動勢低、理論容量較高、環(huán)境友好和地殼含量豐富等優(yōu)點,成為一個很具有發(fā)展前景的負極材料。然而,由于在轉化反應期間大量的體積變化、緩慢的反應動力學和本身低的電導率等問題,所以MnO的倍率性能和循環(huán)性能受到了極大地的影響。針對MnO的缺陷,本論文采用MnO與碳材料進行復合,選取最簡單有效的碳包覆方式,以一維納米錳基化合物（MnOOH納米線、MnO₂納米棒）為前驅體,經過KNO₃處理后,得到一維KMn₈O₁₆為自模板,經過原位聚合、簡單退火形成N摻雜的碳層,核為MnO的一維納米核殼結構（MnO@C）。此結構在儲能方面具有諸多優(yōu)勢,比如電子連續(xù)定向傳遞,短的鋰離子擴散路徑... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池的發(fā)展歷程

燕山大學工學碩士學位論文-4-圖1-2LIBs的工作原理示意圖[22]1.2.3鋰離子電池的優(yōu)點與傳統(tǒng)的二次電池（主要為鉛酸、鎳鎘和鎳氫電池）相比較，LIBs具有很明顯的優(yōu)勢[24-26]：1．能量密度高，輕便易攜帶。LIBs正極材料在實際應用中能量密度也能達到了140Whkg-1，相當于鎳鎘電池的3倍，鎳氫電池的1.5倍。因此，在電池能量相同的情況下，LIBs相比其他傳統(tǒng)電池的體積將會更小，所以LIBs更方便攜帶。2．循環(huán)壽命長。根據LIBs的化學成分，LIBs的使用壽命一般為15年。3．自放電小，無記憶效應。目前，LIBs的自放電率僅為總電容量的5%-9%，大大緩解了傳統(tǒng)的二次電池放置時由自放電所引起的電能損失問題。另外，LIBs可以在電池電量未用完時充電，不會引起電池的總容量變少。而其它二次電池都具有記憶效應，不能即時充電。4．工作電壓高。一般單體LIBs電壓為3.5V-3.8V，摻雜類新型高電壓LiNi0.5Mn1.5O4材料甚至高達4.7V，為鉛蓄電池的電壓兩倍（2V），是鎳鎘和鎳氫電池的3倍（1.2V）。5．充電速度快。一般LIBs大約兩個小時即可完成，而鉛酸電池則需要大約24小時才能夠完成充電，這樣更顯示出了LIBs的便捷使用性。

儲過程中的能量效率很差[33]。由于塊狀M粉末很難分解電化學惰性的LinX，所以這種轉化機制的可逆性的關鍵在于，形成了高電活性的M納米顆粒來分解被SEI層包圍的LinX基質的難易程度，此外，鋰化后的大量結構重排導致了過渡金屬化合物的充放電特性之間的電壓滯后，從而引起導致了低的往返能量密度和內熱演化。由于過渡金屬化合物固有的電導率較低，且在重復循環(huán)過程中存在粉化問題，導致其倍率性能差，容量衰減快。除上述問題外，鋰化過程中形成的高活性M納米顆粒可能引起電解液分解，導致部分可逆的副反應[34]。圖1-3轉化反應中過渡金屬化合物的局部化學轉化示意圖在此，我們以一氧化錳（MnO）為例來解釋轉化過程中反應機理，具體的反應機理方程式為：MnO+2Li++2eMn+Li2························（1-5）在首次放電過程中，生成SEI膜和不可逆的Li2O相，MnO與鋰離子發(fā)生還原反應，生成納米級金屬Mn單質，并嵌入在非晶的Li2O基質中；充電過程則相反，SEI膜趨于穩(wěn)定，金屬Mn單將原位催化可逆的Li2O，并與之反應重新生成MnO與鋰離子。此外，轉化型材料具有資源豐富、能量和功率密度大等優(yōu)點，具有巨大的商業(yè)化前景，成為本論文的研究對象。然而，轉化型材料擁有的缺陷（如同圖1-3介紹的一樣），轉化型材料導電能力普遍較差，所以傳荷能力也不好，限制了其倍率性能；在充放電過程中，金屬單質的積聚現象以及極化問題破壞了材料結構的穩(wěn)定性，導


本文編號：3317595