锡、钒氧化物的合成及其储锂\钠电池负极材料的性能研究

摘要

锂离子电池因其循环寿命长、比能量高、自放电小以及无记忆效应,引起人们广泛的关注.目前,锂离子电池已经实现商业化,主要应用于手机、汽车以及其他电子设备.但是由于在自然界金属锂的储量相对较低且分布不均匀,导致锂离子电池的商业化成本较高,从而极大的限制了锂离子电池在大型电子设备上的应用.然而,金属钠和金属锂处于同一主族,并且钠离子电池与锂离子电池具有相似的化学性质,更重要的是金属钠在自然界中储量丰富,价格低廉,因此钠离子电池极具有研究价值.目前,商业化应用的负极材料主要是石墨类材料,但是其较低的理论比容量极大地限制了其应用.因此探索具有较高比容量的负极材料已成为研究的热点.本文主要是通过形貌和结构调控合成高性能电极材料,主要内容如下: (1)采用简单的溶剂热法以及高温煅烧成功制备出了SnO2@Co0.75Ni0.75Sn0.75@C(SnO2@CoNiSn@C).值得注意的是原位形成的CoNiSn纳米颗粒均匀地嵌在碳层上,为电子的快速传输和抑制体积的变化提供了基质.得益于该结构巧妙的设计和物质组成,该纳米复合材料作为锂离子电池负极材料在电流密度为0.2Ag-1下循环200圈后容量保持在1231mA h g-1.同时,SnO2@CoNiSn@C展现了优异的倍率和循环性能:在10Ag-1的电流密度下经5000个循环后的容量为436mA h g-1,而在20Ag-1的电流密度下经5000个循环后的容量为195mA h g-1.通过原位X射线衍射(in-situXRD)、非原位X射线衍射(ex-situXRD)和非原位透射电镜(ex-situ TEM)等测试手段,揭示了CoNiSn在电化学反应过程中为插入反应机理(intercalation mechanism). (2)本文采用简单的溶剂热法合成了花状VO2(B)材料并研究了该材料的储锂性能和储钠性能.在作为锂离子电池负极材料时,该材料在电流密度为0.2A g-1下循环200圈后的放电比容量为529.2mA h g-1,在1A g-1循环1000圈后的比容量为683.1mA h g-1.在作为钠离子电池负极材料时,该材料在0.2A g-1下循环200圈后容量可以保持在225.2mA h g-1,而在5A g-1下的容量为150mA h g-1.利用非原位XRD(ex-situXRD)和非原位透射电镜(ex-situTEM)对反应机理进行了探讨,揭示该材料作为锂/钠电池电极材料的反应机理.

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 锂电池发展概况

1.2.1 锂离子电池的组成及工作原理

1.2.2 锂离子发展所遇到的问题

1.2.3 锂离子电池的正极材料

1.2.4 锂离子电池的负极材

1.3 钠离子电池介绍

1.4 本论文研究意义和内容

2 实验部分

2.1. 实验试剂和仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 材料结构表征所用的仪器和设备

2.2.1 X射线衍射技术(XRD)

2.2.2 比表面积测试(BET)

2.2.3 扫描电子显微镜(SEM)

2.2.4 透射电子显微镜(TEM)

2.2.5拉曼光谱(Raman Spectra)

2.2.6X射线光电子能谱仪(X-ray Photoelectron Spectra，XPS)

2.3 电极片的制备及电池的组装

2.3.1 电极片的制备

2.3.2 扣式锂离子电池组装

2.4 电化学性能的测试

2.4.1 交流阻抗（EIS）和循环伏安测试（CV）

2.4.2 充放电测试

2.4.3 赝电容（界面原子氧化还原反应）研究和计算

3 SnO2@CoNiSn@C的制备及储锂/储钠的性能研究

3.1 引言

3.2 实验内容

3.3 结构和表征

3.4 结果与讨论

3.4.1 结构和形貌表征

3.4.2 电化学性能结果与讨论

3.5 本章小结

4 花状的二氧化钒作为锂/钠离子电池负极材料的研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结构和性能表征

4.4 结果与讨论

4.4.1 结构分析与表征

4.4.2 电化学性能结果与讨论

4.5 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢