收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高比能锰基锂/钠离子电极材料的制备与表征

邹邦坤  
【摘要】:随着锂离子电池在消费电子产品、电动汽车等领域不断扩展,电池的续航能力尽管在近些年得到了不断的提升,但是其能量密度始终未能有突破性的拔高。究其原因,一方面受限于现有电池的制备工艺技术和成本限制,更主要的是现有的正负极材料的本征理论能量密度的限制。电极材料的质量(体积)能量密度是其平均放电电压和单位质量(或体积)比容量的乘积。此外,近年来电网大型储能技术的进一步发展需要电池拥有更低的成本和寿命,钠离子电池因其丰富的钠资源引起了广泛关注。高能量密度的钠离子电池研究还有待深化。本论文选择了储量充裕、价格便宜、价态较多的锰元素作为出发点,在锂离子电池电极材料制备上,一方面选择了具有4V电压平台的磷酸铁锰锂和锰酸锂正极材料,另一方面选择了具有高比容量型富锂相正极材料和氧化亚锰负极材料,最终组装了基于锰基电极的高比能锂离子全电池。此外,通过磷酸铁锰锂和富锂相电极材料电化学脱锂嵌钠工艺,制备了高电压型“磷酸铁锰钠”和高比容量型“富钠相”可进行可逆储钠,为高能量密度钠离子电池开展了一些开创新研究。在第一章中,介绍了锂离子电池的工作原理及其关键组件,对现有典型的锂离子电池正极材料和的研究进展进行了概述。其次,简单介绍了过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料的发展现状。最后,阐述了本论文的选题背景。在第二章中,介绍了实验中用到的药品、制备和表征仪器,以及扣式锂/钠离子电池组装和测试方法。在第三章中,利用溶剂热法制备了一系列的混合碳包覆LiMn1-xFexPO4(x=1,0.6,0.5,0.2,0)产物,探索了在材料合成过程中抗坏血酸的作用机理以及Mn/Fe比例对LiMn1-xFexPO4产物的形貌和电化学性能的影响。结果表明,抗坏血酸在溶剂热过程中,充当了抗氧化剂、表面活性剂以及第一碳源的作用,可以使得终产物获得形貌均一的纳米颗粒以及均匀的碳包覆层。Mn/Fe比例为2/3时,即LiMn0.4Fe0.6PO4样品的综合性能最优,其能量密度可高达593 Whkg-1,1C电流下130次循环的容量保持率为96.8%,在20C的大电流放电下比容量可高达128.5 mAhg-1,在-20℃,0.2C条件下,放电比容量为106.6mAhg-1。在第四章中,利用固相法制备了 Mg掺杂的高锰型和低锰型磷酸铁锰锂,通过原材料的选取和两步烧结工艺,可获得均匀碳包覆的纳米颗粒。在-20℃至55℃温度区间测试条件下具有优异的电化学性能。此外,通过电化学转化的方法制备了同样具备高能量密度的橄榄石型磷酸铁锰钠钠离子电极材料。在第五章中,利用毛球状MnO2前驱体,经水热引入RGO,最终合成了MnO/RGO复合物。通过形貌设计与碳包覆两种方法双管齐下对MnO进行改性:探索了在材料合成过程中还原剂N2H4对生成RGO质量的影响,考察了 RGO对电化学性能的影响。在第六章中,利用毛球状Mn02前驱体进行水热法低温合成了 LiMn2O4/CNT复合物,探索了在材料合成过程中CNT的加入对产物物相的影响以及其含量对复合物电化学性能的影响,CNT可作为导电添加剂使用,复合物在长循环性能和倍率性能上有着明显提升。在第七章中,利用毛球状MnO2作为前驱体,通过高温固相反应法合成了在垂直于(001)面择优取向生长的纳米片堆积微米球形的Li1.2Mn0.6Ni0.2O2富锂相粉体,具有优异的电化学性能,尤其倍率性能。此外,通过富锂相电化学脱锂嵌钠得到03型的“富钠相”同样具备较高比容量的优异储钠性能。在第八章中,采用溶剂热-共沉淀方法合成不同比例的锰钴碳酸盐前驱体,并由此可分别合成均具有高比容量的富锂相正极材料和二元过渡金属氧化物负极材料。无需半电池正负极材料的活化,通过库伦效率匹配机制组装的全电池为富锂相/过渡金属氧化物可提供更高的质量(体积)能量密度。最后,第九章对本论文中的创新性工作和不足做了简要的总结,并对未来研究方向进行了展望。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 怀永建;林子吉;胡学步;邓正华;索继栓;;一种活性炭比容量的测试[J];合成化学;2007年S1期
2 刘宇,解晶莹,杨军,王可,王保峰;高可逆比容量锡负极循环性能的改善[J];电源技术;2002年06期
3 ;高比能量和长寿命性能的阀控式铅酸蓄电池[J];电池工业;1997年04期
4 余成洲,赖为华,颜广炅,吴金媛;高比容量氧化镍电极的研制[J];电池;1999年02期
5 ;一种用于锂离子电池正极材料磷酸铁锂的制备方法[J];电子元件与材料;2010年04期
6 ;新疆理化所锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研制获进展[J];人工晶体学报;2011年02期
7 罗西佳;肖仁贵;曹建新;廖霞;;介质对磷酸铁结晶影响研究[J];贵州大学学报(自然科学版);2011年06期
8 葛权;雷晓玲;曹益荣;荣东霞;文晓刚;;磷酸铁锂微球制备及其电化学性能研究[J];功能材料;2012年13期
9 庞亚芳;肖仁贵;李宜芳;廖霞;;新型磷酸铁-磷酸铁锂均相混合结晶物的制备[J];电源技术;2013年07期
10 童晖;王世刚;黄绍明;李爱成;陈国红;唐超房;;磷酸铁锂材料连续式制备中的气氛净化技术研究[J];电子工业专用设备;2007年01期
11 许寒;郭西凤;桑俊利;;锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究现状[J];无机盐工业;2009年03期
12 罗成果;刘海霞;;锂离子电池正极材料磷酸铁锂行业研究[J];河南化工;2009年09期
13 周文彩;李金洪;姜晓谦;;磷酸铁锂制备工艺及研究进展[J];硅酸盐通报;2010年01期
14 单玉香;王群才;孟庆臻;;锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究进展[J];化工科技;2010年03期
15 牛锛;满丽莹;齐恩磊;;水热合成磷酸铁锂粉体的研究[J];硫磷设计与粉体工程;2010年05期
16 付亚娟;郭春雨;郝明明;韩宇;高英;刘兴江;;磷酸铁锂材料的改性研究进展[J];电源技术;2010年09期
17 冯国彪;邓宏;;锂离子电池正极材料磷酸铁锂研究进展[J];无机盐工业;2011年03期
18 张学广;张旭东;何文;姜久昌;姜倩;;锂离子电池正极材料磷酸铁锂的研究进展[J];山东陶瓷;2011年01期
19 张豪杰;王开学;陈接胜;;新型球状磷酸铁锂的合成及电化学性能[J];高等学校化学学报;2011年03期
20 屠智革;池波;蒲健;李箭;;现代分析测试技术在磷酸铁锂中的应用[J];功能材料;2011年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 怀永建;林子吉;胡学步;邓正华;索继栓;;一种活性炭比容量的测试[A];第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C];2007年
2 梁逵;叶江海;胡军;;炭材料对锂硫电池正极比容量的影响[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
3 谢辉;;掺杂金属离子对磷酸铁锂结构及性能的影响[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
4 李新丽;周辉;丁倩倩;王伟东;仇卫华;;纳米级磷酸铁制备倍率型磷酸亚铁锂的方法和性能研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
5 金慧芬;王鹏;高俊奎;刘震;;商业化磷酸铁锂材料循环差异性研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
6 常照荣;刘瑶;汤宏伟;赵海丽;黄静;;锂离子电池正极材料磷酸铁锂的液相合成及其电化学性能研究[A];河南省化学会2010年学术年会论文摘要集[C];2010年
7 胡博洋;陶国华;;磷酸铁锂微观结构与锂离子扩散动力学研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第19分会:化学信息学与化学计量学[C];2014年
8 张树涛;欧秀芹;王丽;;饱和空气暴露对水热法制备的磷酸铁锂的影响[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年
9 张俊喜;许明玉;颜立成;杨希;周同;顾志浩;;锂离子电池正极材料磷酸铁锂的钒掺杂改性研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
10 谢辉;黄昆;周震涛;;锰掺杂磷酸铁锂正极材料的合成及电性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邹邦坤;高比能锰基锂/钠离子电极材料的制备与表征[D];中国科学技术大学;2017年
2 孙开莲;二次锂电池正负极材料制备与性能研究[D];上海大学;2015年
3 邱磊;聚阴离子纤维素盐在锂电池材料上的应用研究[D];北京理工大学;2015年
4 袁天执;高性能金属氧化物基锂离子电池负极材料的制备与电化学性能研究[D];浙江大学;2016年
5 杨旭;高比容量锡基负极材料的合成与电化学储能性质的研究[D];吉林大学;2016年
6 程斌;锂/钠离子电池电极材料磷酸钒锂/钠的制备及表征[D];中国科学技术大学;2016年
7 曾令兴;新型介孔复合纳米结构储能材料及其性能研究[D];福州大学;2014年
8 杜飞虎;高容量锂离子电池负极材料的制备及性能研究[D];上海交通大学;2015年
9 邹崴;钠/锂离子电池负极材料的制备与改性研究[D];电子科技大学;2016年
10 杜雪飞;高比容量锂离子电池电极材料制备及电化学性能的研究[D];北京科技大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李蒙;镍—钴—锰基氢氧化物材料的制备及其超级电容性能研究[D];郑州大学;2015年
2 万忠明;多级微球结构二硫化钼/碳的制备及储锂性能研究[D];苏州大学;2015年
3 高金龙;锂离子电池负极材料TiNb_2O_7的制备及掺杂改性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 彭振桓;高比容量锂硫电池正极硫@导电复合材料的制备与电化学研究[D];上海大学;2015年
5 朱林;基于碳/硫复合正极材料高性能锂硫电池研究[D];曲阜师范大学;2015年
6 王继伟;自支撑氧化钴纳米结构锂离子电池负极材料研究[D];苏州大学;2015年
7 周震芳;多孔氮掺杂炭基纳米材料的制备及其电化学性能研究[D];青岛科技大学;2015年
8 方泽炜;过渡金属氧化物/纳米碳的制备及其储锂性能研究[D];天津大学;2014年
9 姜颖;基于超顺排碳纳米管的锂硫电池研究[D];清华大学;2015年
10 张乾;基于锰氧化物复合材料的制备及其电化学性能研究[D];上海大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 胡嫚;加方磷酸铁锂专利被宣告无效[N];中国知识产权报;2012年
2 特约记者 梁赟;金川磷酸铁锂新品出炉[N];中国化工报;2010年
3 记者 苏建平;国家863计划重点项目万吨级磷酸铁锂产业化基地落户西宁[N];青海日报;2010年
4 张继君 记者 刘晓军;北大先行国内率先实现磷酸铁锂规模生产[N];科技日报;2009年
5 特约记者 王俞德;纳米磷酸铁锂材料研发获突破[N];中国化工报;2011年
6 特约记者 王俞德;全球首次工业量产50纳米磷酸铁锂[N];中国化工报;2011年
7 林枫 默子 闲云;磷酸铁锂正极材料全球主要专利权人分析[N];中国知识产权报;2012年
8 记者 何晓亮;磷酸铁锂专利无效案中方胜出几成定局[N];科技日报;2012年
9 记者 何鹏;液相法磷酸铁锂装置实现稳定运行[N];中国化工报;2012年
10 通讯员 杨万宁 记者 贾芳;河北任远集团球形磷酸铁锂投放市场[N];河北经济日报;2012年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978