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电化学活化的钒酸铵正极材料储锌性能及机制研究

电化学活化的钒酸铵正极材料储锌性能及机制研究

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作者：甘志伟武汉理工大学

学位级别：硕士

随着人类社会的不断发展与进步,对于能源供给的需求急剧增加。在发展过程中,能源供给的大幅度增加和环境污染的日益严重已成为亟需解决的两大问题。为解决这一问题,开发并利用风能、汐能、核能等新型清洁能源至关重要,同时提升能量储存... 详细信息

随着人类社会的不断发展与进步,对于能源供给的需求急剧增加。在发展过程中,能源供给的大幅度增加和环境污染的日益严重已成为亟需解决的两大问题。为解决这一问题,开发并利用风能、汐能、核能等新型清洁能源至关重要,同时提升能量储存设备的存储效率也有助于解决能源存储和环境问题。作为一种先进的储能设备,锂离子电池因其具有高的能量密度被广泛应用于生活中的各个领域。然而,锂离子电池面临着锂资源短缺、成本高昂、环境污染和安全性等问题。目前科学家开始研究一些更为安全且成本低廉的新型二次离子电池,以期部分替代锂离子电池的使用。水系锌离子电池具有低成本、高安全、环境友好等优势,非常适合应用于未来大规模储能领域,近年来也成为了一个热门的研究方向。水系锌离子电池因采用化学性质稳定的锌片作为负极,可在空气中完成电池组装,大幅度提高了电池生产效率。此外,所用的水系电解液对环境友善,具备高的离子电导率,可以实现快速充放电。本工作构筑了一种微米花形貌的(NH)VO正极材料。利用电化学活化的方式有效改善了电极材料性能,并探究了电化学活化提升电池性能的内在原因。主要研究内容与结果如下:(1)通过多种结构表征手段系统地研究了材料合成材料的微观结构。(2)采用电化学活化手段,改善了(NH)VO正极材料的电化学性能。并通过多种表征结构表征和电化学分析手段探究了该活化过程的结构相变和活化作用机理。(3)分别对活化前和活化后的(NH)VO正极材料反应机理进行了细致研究,揭示了电极材料活化大幅度提升电池电化学性能的内在机理。通过多种表征手段揭示了活化后材料的反应机制。

关键词：水系锌离子电池正极材料电化学活化高比容量长循环稳定性

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钴锌及氧化物复合材料制备和锂离子储存性能研究

钴锌及氧化物复合材料制备和锂离子储存性能研究

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作者：唐宏四川大学

学位级别：硕士

锂离子电池具有使用寿命长、能量密度高、质量轻、安全性好和污染低等优点,是一种非常重要的可充电电池,已广泛用于各种便携式电子设备、新能源电动汽车和电网系统。然而,随着对电能储存设备需求的增加导致人们对高能量密度锂离子电池... 详细信息

锂离子电池具有使用寿命长、能量密度高、质量轻、安全性好和污染低等优点,是一种非常重要的可充电电池,已广泛用于各种便携式电子设备、新能源电动汽车和电网系统。然而,随着对电能储存设备需求的增加导致人们对高能量密度锂离子电池需求也快速增长,促使人们开始对高能量密度和优异循环性能的新型电极材料的开发。在电极材料中,钴锌氧化物因其高的理论容量而具有作为高性能电极材料的潜力。本文围绕制备高容量钴锌及氧化物体系的电极材料进行研究,利用静电纺丝和氩气高温退火制备Co@Zn@碳纳米纤维复合材料;利用静电纺丝、氩气高温退火和低温氧化方法制备Zn CoO@碳纳米纤维复合材料和Ti3C2@Zn CoO@碳纳米纤维复合材料;利用水热反应和氩气高温退火制备Ti3C2@Co O/Zn O复合材料,并系统研究它们应用于锂离子电池负极材料时的锂离子存储性能。本文具体研究内容和结果如下:(1)通过静电纺丝制备金属离子Co@Zn@聚丙烯腈(PAN)纳米纤维,然后在氩气(Ar)中煅烧后制备得到Co@Zn@碳纳米纤维复合材料,结果表明,金属离子Zn和Co被还原成单质并均匀的分散在纤维内部,此外Co还以纳米簇形式镶嵌在碳纳米纤维内部。Co@Zn@碳纳米纤维复合材料具有独特稳定的纳米纤维结构,同时PAN碳化后产生的大量杂原子N掺杂在碳纳米纤维内部,它能够显著提升Co@Zn电子导电性,此外,均匀分散的Co@Zn活性位点能够在反复的锂离子嵌入/脱嵌过程中不发生聚集。结果表明,在电流密度为0.1A g-1时,Co@Zn@碳纳米纤维电极具有高达890.513 m A h g-1的可逆容量;在1 A g-1和2 A g-1时,容量分别有497.509 m A h g-1和376.75 m A h g-1,表明电极具有优异的倍率性能;此外,Co@Zn@碳纳米纤维电极在大电流密度下表现出优异的长循环稳定性,能在0.5 A g-1进行150次循环后仍具有527.412 m A h g-1的容量,且能在1 A g-1进行320次循环后仍保持458.435 m A h g-1的容量。(2)将Co@Zn@碳纳米纤维复合材料在空气氛围中进行低温氧化处理得到Zn CoO@碳纳米纤维复合材料。结果表明,Zn CoO以纳米簇形式稳定镶嵌在碳纳米纤维内部,有利于在反复充放电过程中保持结构稳定而不发生活性位点的聚集;同时,PAN碳化后产生的大量杂原子N有利于提升导电性以及锂离子亲和能力。此外,Zn CoO@碳纳米纤维复合材料具有大的比表面积,它可为锂离子在材料内插入/抽出提供更多的活性位点。结果表明,Zn CoO@碳纳米纤维电极在电流密度为0.1 A g-1时具有高达1053.881 m A h g-1容量;另外,该电极具有优异的倍率性能,在3 A g-1电流密度下仍保持505.145 m A h g-1容量并在电流密度回到0.1 A g-1时仍保持946.998 m A h g-1;同时,该电极具有好的循环稳定性,在0.5 A g-1的电流下循环135次后容量为635.175 m A h g-1,在1 A g-1循环300次后保持424.615 mA h g-1的容量。(3)在静电纺丝液中加入二维材料Ti3C2 MXene,通过静电纺丝制备纳米纤维,然后在Ar气中高温退火碳化,最后在空气中低温氧化得到异质结构的Ti3C2@Zn CoO@碳纳米纤维复合材料。结果表明,Ti3C2 MXene促进Zn CoO纳米颗粒在碳纳米纤维表面和内部均匀生长纳米颗粒。异质结构的纤维具有丰富的多孔性和Zn CoO纳米颗粒均匀分散在碳纳米纤维内部,有利于提供大量的活性位点用于锂离子在材料内发生嵌入/脱嵌反应。碳纳米纤维内部的Ti3C2能进一步提升Zn CoO电子电导率和锂离子迁移率。Zn CoO纳米颗粒均匀分散在纤维内部和表面有助于抑制其在循环过程中活性位点发生聚集而造成容量衰减。相对于Ti3C2@Co@Zn@碳纳米纤维电极,Ti3C2@Zn CoO@碳纳米纤维电极展示出更高的可逆容量(在0.1 A g-1时具有970.794 m A h g-1的可逆容量)、优异的倍率性能(在2 A g-1时传递出488.073 m A h g-1的容量)和循环稳定性(在0.5 A g-1循环60次后保持539.699 m A h g-1的容量和在1.0 A g-1循环120次后保持460.486 m A h g-1的容量),表明利用Ti3C2 MXene独特的锂离子亲和性优点来改进钴锌金属氧化物电化学性能具有巨大的潜力。(4)通过将CoO/ZnO纳米点均匀的锚定在Ti3C2 MXene的表面上得到分层异质结构的Ti3C2@Co O/Zn O复合材料,从而有效解决Co O和Zn O的结构不稳定性和低电导率导致其容量快速衰减。Ti3C2具有出

关键词：锂离子储存碳纳米纤维钴锌氧化物 Ti3C2MXene 长循环稳定性

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共沉淀辅助法合成二次纳米碳包覆的磷酸亚铁锂正极材料并用于高倍率锂离子电池

共沉淀辅助法合成二次纳米碳包覆的磷酸亚铁锂正极材料并用于高倍...

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2015年第十四届全国应用化学年会

作者：丁艳红张景萍彭军东北师范大学

通过简单的共沉淀和高温固相法合成了一种二次碳包覆的具有类球结构D-LiFePO/C复合材料,研究了复合材料的微观结构、热稳定性,以及作为锂离子电池正极材料的电化学性能,并与单次包覆的复合材料S-LiFePO/C作了比较。测试结果表明,D-LiFeP... 详细信息

通过简单的共沉淀和高温固相法合成了一种二次碳包覆的具有类球结构D-LiFePO/C复合材料,研究了复合材料的微观结构、热稳定性,以及作为锂离子电池正极材料的电化学性能,并与单次包覆的复合材料S-LiFePO/C作了比较。测试结果表明,D-LiFePO/C复合材料具有均匀的类球结构,表面碳层厚度为1.7 nm,其中碳含量为2.48 wt.%,并且均匀地涂布在LiFePO颗粒表面。均一分布的碳层以及颗粒分散良好的结构有效地提高了电子和锂离子传输速率,进而改善复合材料的倍率性能和循环性能。[1-3]在10 C的倍率下,电池的首次放电比容量为102.9 mA hg,20C倍率时,仍保持有87.1 mA hg。10C倍率下循环400次后几乎没有衰减。

关键词：二次包覆 LiFePO4 高倍率长循环稳定性

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