收藏本站

锂离子电池薄膜电极材料的制备及其电化学性质研究

【摘要】: 近年来,大量便携式器件,诸如手机,照相机和笔记本电脑获得了快速普及和发展, 而锂离子电池因可以作为上述器件的电源而倍受关注。此外,锂电池还有可能作为绿色能源用于汽车和其它交通工具。随着微电子器件的小型化,迫切要求开发与此相匹配的薄膜锂离子微电池。然而, 现有的电极材料的电化学性能难以满足薄膜锂离子电池的要求。为了解决这一问题,大量的研究工作集中在改进已有的薄膜电极材料的电化学性能和寻找新的性能更好的薄膜电极材料。 脉冲激光沉积(PLD)是制备薄膜的一种技术。由于该技术对高Tc超导体,铁电体,光电材料等多元化合物薄膜制备获得成功,已获得了广泛的应用。PLD 技术制备薄膜不仅可以比较容易地再生靶的组成,而且可以采用多靶技术,完成多组分的薄膜生长。因此,脉冲激光沉积技术用于锂离子电池薄膜电极材料的制备已有不少报道。 本论文的主要内容包括采用脉冲激光沉积技术制备几种新的电极材料,即Ni-V2O5 和Ag-V2O5 复合阴极薄膜,铁酸盐阳极薄膜, Bi2O3阴极薄膜,以及它们的电化学性质的研究。 一、 Ni-V2O5 复合阴极薄膜的制备和电化学性质的研究 用355 nm 脉冲激光沉积首次制得的非晶态Ni-V2O5 复合薄膜电极具有良好的电化学性能。用Ni 粉和V2O5粉制成的混合靶(x=0.1,0.3,0.5)在不同的基片温度Ts和O2气压下制备了Ni-V2O5 复合薄膜,结果表明在Ts=300 oC 和14Pa氧气气氛为最佳沉积条件。XRD 和SEM测定表明, 在不锈钢基片上沉积半小时得到的是非晶态的Ni-V2O5薄膜。与纯V2O5薄膜相比,非晶态的Ni0.3V2O5薄膜电极不仅具有较好的放电速率性能,而且具有高的比容量和循环稳定性。该薄膜电极在20C 的放电速率下,比容量达200 mAh/g, 而且经1000 次以上的充放电循环没有明显的衰减。 二、Ag-V2O5 复合阴极薄膜的制备和电化学性质的研究 采用 355 nm 脉冲激光沉积在不锈钢基片上成功地制备了 Ag-V2O5复合薄膜电极。XRD,SEM 分析表明在基片温度300(C ,14 Pa 氧气气氛中沉积0.5小时得到的AgxV2O5(x=0.1,0.3,0.5,0.7)复合薄膜为非晶态结构, 而沉积时间达2小 WP=6 时后该复合薄膜将转化为多晶结构。在AgxV2O5(x=0.1-0.5)复合薄膜中,Ag和V的价态由X-射线光电子能谱(XPS)测定表明, 在Ag0.5V2O5复合薄膜中, 为金属Ag和氧化银的混合物。非晶态的Ag0.5V2O5复合薄膜电极在放电速率为 2C,额定电压为1.0-4.0V时的比容量高达396 mAh/g,并且在20C的较高速率下,经过充放电循环达到 1000 次以上仍然保持比容量在260 mAh/g。此外,AgxV2O5复合薄膜的电子电导比纯V2O5要高出2-3个数量级。AgxV2O5复合薄膜电极的电化学性能较大程度的改进可能与其微结构的改变和电子电导的提高有关。此外,以Ag0.5V2O5 复合薄膜作为阴极, 金属锂为阳极, 锂磷氧氮(LiPON)薄膜为电解质, 成功地组成了一个全固态薄膜锂电池Li/LiPON/ Ag0.5V2O5。该电池在电流密度为7 (A/cm2,电压范围为1.0至3.5V时测得的体积比容量为 40 (Ah/(m?cm2, 其循环次数可达100 次。 三、铁酸盐阳极薄膜的制备和电化学性质研究 采用355nm的脉冲激光反应沉积在国内外首次制备了尖晶石结构的铁酸盐薄膜包括铁酸镍(NiFe2O4),铁酸锌(ZnFe2O4)和铁酸钴(CoFe2O4)等薄膜,并可能用作为锂电池的阳极材料。铁酸盐薄膜电极均采用高纯的金属粉末(M = Co,Ni,Zn)和Fe粉混合靶 (M/Fe的摩尔比1:2) 在基片温度600(C和氧气气压40 Pa的条件下沉积1.5小时而制得。本文发现铁酸盐包括铁酸镍,铁酸锌和铁酸钴均具有良好电化学充放电性能。X-射线衍射(XRD) 和扫描显微电镜(SEM)分析表明, 铁酸盐薄膜均呈现多晶结构, 其中NiFe2O4薄膜呈多晶立方结构由平均直径为60nm的粒子组成。在放电速率为 C/2时, NiFe2O4薄膜电极在第一次不可逆的比容量可达610 mAh/g,并伴随着从晶形结构转化为非晶态的过程。此外,纳米晶铁酸镍(NiFe2O4)薄膜的放电容量明显地受电流密度和额定电压范围的影响。当电压范围在3.0-0.01V之间,放电速率为 C/2, 纳米晶铁酸镍 (NiFe2O4) 薄膜电极表现出优良的循环可逆性,其容量接近于450mAh/g,并在100次循环后仍然没有明显的衰减。 基于锂化前后NiFe2O4薄膜的XRD 和XPS分析,我们提出了NiFe2O4薄膜 WP=7 电极的电化学反应机理,其过程可表达如下:在第一次放电过程中,随着锂与NiFe2O4反应, NiFe2O4薄膜的非晶态化的锂化过程伴随着Ni2+ 和Fe3+分别还原为Ni,FeO,然后Ni,FeO和 Li2O在随后的充放电过程中发生可逆的氧化还原反应,生成NiO,Fe2O3 和Li。 由ZnFe2O4和CoFe2O4薄膜电极电化学性能初步测试结果表明,它们也可能用作为新的锂离子电池的阳极材料。 四、氧化铋 (Bi2O3) 阴极薄膜的电化学与电致变色性质研究 用355 nm 脉冲激光沉积在不锈钢基片和涂铟-锡氧化物(ITO)薄膜的玻璃基片上制得氧化铋 (Bi2O3) 薄膜。电化学测定表明,在基片温度为300 oC,沉积时间为0.5 小时,氧气压力为30 Pa时,制得的Bi2O3薄膜具有良好的充放电循环性能。在电压为0.70 至 3.5 V范围内, 该氧化铋薄膜在2C时的比容量约为100 mAh/g, 并经充放电100次以上而没有明显的衰减。X-射线衍射(XRD)结果表明在

下载App查看全文

(如何获取全文? 欢迎:、、)

支持CAJ、PDF文件格式


【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 陈振华;陶颖;;软溶胶-凝胶法制备锂离子正极薄膜[J];材料导报;2001年06期
2 黄俊杰;江志裕;;喷墨打印制备LiMn_2O_4薄膜电极及其电化学性能[J];物理化学学报;2008年09期
3 薛明喆,傅正文;脉冲激光沉积LiFePO_4阴极薄膜材料及其电化学性能[J];物理化学学报;2005年07期
4 赵尧敏;许娟;刘玲;杨洁;江志裕;;采用新颖喷墨打印技术制备的薄膜LiCoO_2电极及其电化学性能[J];高等学校化学学报;2007年06期
5 崔艳华;薛明喆;胡可;李达;汪小琳;苏伟;刘效疆;孟凡明;傅正文;;脉冲激光沉积MnF_2薄膜的电化学性能[J];无机材料学报;2010年02期
6 周永宁;傅正文;;纳米薄膜锂离子电池电极材料[J];化学进展;2011年Z1期
7 陶颖,陈振华,祝宝军;锂离子电池正极薄膜制备技术进展[J];湖南有色金属;2005年02期
8 康慨,戴受惠,万玉华;锂离子电池LiMn_2O_4薄膜电极的制备研究进展[J];化学研究与应用;2000年06期
9 吴济今;孙正;傅正文;;脉冲激光沉积CrP薄膜及其电化学性能[J];无机化学学报;2008年11期
10 尹斌,孙强,张祖训;聚苯胺薄膜电极上循环伏安法可逆波理论和验证[J];高等学校化学学报;1994年08期
11 苌清华;陈海云;赵胜利;文九巴;秦启宗;;微型锂电池LiMn_2O_4正极薄膜掺杂改性研究[J];化学世界;2008年12期
12 陶颖,陈振华,祝宝军,黄尉庄;软溶胶-凝胶法制备LiCoO_2薄膜电极[J];无机材料学报;2003年02期
13 李慧勤;谈国强;安百江;张欣娟;;水热法制备薄膜材料技术研究进展[J];陶瓷;2007年07期
14 徐国荣;任凤莲;司士辉;;聚苯胺纳米线薄膜电极的模板组装[J];应用化学;2008年04期
15 李莹;李久明;王欣宜;解强;;两种形貌TiO_2薄膜电极的制备及其光电性能的比较研究[J];苏州科技学院学报(工程技术版);2008年01期
16 宋英杰;张宏芳;伏萍萍;杨化滨;周作祥;吴孟涛;黄来和;;锂离子电池用非晶态Si/Al/Si薄膜负极材料[J];高等学校化学学报;2008年03期
17 王春涛;张文魁;黄辉;陶新永;甘永平;;碘掺杂TiO_2薄膜电极制备和光电性能研究[J];功能材料;2011年08期
18 王颖;刘文元;傅正文;;Mn_4N薄膜与锂的电化学反应性能[J];物理化学学报;2006年01期
19 李昌明;黄启明;张仁元;李伟善;赵灵智;胡社军;;电沉积制备的两种形貌Sn薄膜锂离子嵌入电极性能的比较[J];金属学报;2007年05期
20 甘卫平;刘继宇;刘泓;李祥;马贺然;;钽电容器用钽壳内壁RuO_2薄膜电极的表征及电化学性能[J];无机材料学报;2010年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 薛明喆;傅正文;秦启宗;孙劲鹏;李泓;黄学杰;陈立泉;;脉冲激光沉积LiFePO_4薄膜阴极材料及其电化学性能的研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
2 王颖;刘文元;傅正文;秦启宗;;脉冲激光沉积法制备Mn_4N薄膜及其电化学性质研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
3 王连邦;马淳安;毛信表;赵朱蕾;吴国斌;高小飞;李进辉;;锂离子电池用锡合金薄膜电极[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(上集)[C];2005年
4 褚君尉;李晟;詹星月;王连邦;马淳安;;锂离子电池锡合金材料的制备及性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年
5 刘国强;曾潮流;杨柯;;锂离子电池钒系正极材料的研究概况[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 姚晓林;陈春华;;提高锂离子电池安全性的电解液添加剂探索[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
7 周新文;张季平;刘浩文;郭光辉;雷太鸣;张克立;;LiFePO_4/C的合成及其电化学性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
8 冯祥明;郑金云;;含磷阻燃剂在锂离子电池中应用研究[A];第七届全国磷化学化工暨第四届海峡化学生物学、生物技术与医药发展讨论会论文集[C];2006年
9 柳红东;黄佳木;李新禄;刘佳;张育新;;锂离子电池SnO_2/石墨烯复合负极材料的制备及其电化学性能[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第二卷)[C];2011年
10 郑洪河;秦建华;石磊;小久见善八;;锂离子电池新型电解液添加剂研究与开发[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 储艳秋;锂离子电池薄膜电极材料的制备及其电化学性质研究[D];复旦大学;2003年
2 陶颖;水热电化学法制备LiMO_2薄膜电极的原理研究[D];中南大学;2004年
3 魏英进;锂离子电池锰基正极材料的合成与表征[D];吉林大学;2004年
4 罗文斌;Al、Mg和Mn-Mg掺杂对LiCoO_2和LiNi_(1/3)Mn_(1/3)Co_(1/3)O_2结构、电化学和热稳定性能的影响[D];中南大学;2010年
5 崔艳华;全固态薄膜锂离子电池新型电极材料的研究[D];中国工程物理研究院;2010年
6 汤宏伟;锂离子电池正极材料LiNi_(1-x)M_xO_2(M=Co,Al,Mn)的研究[D];湖南大学;2003年
7 周晓荣;电子自旋共振和质谱在化学电源研究中的应用[D];武汉大学;2004年
8 郭华军;锂离子电池炭负极材料的制备与性能及应用研究[D];中南大学;2001年
9 周园;锂离子电池正极材料尖晶石Li-Mn-Oxide的制备和性能研究[D];中国科学院研究生院(青海盐湖研究所 );2005年
10 禹筱元;层状LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2与改性尖晶石LiMn_2O_4的研究[D];中南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万丽娟;石墨烯的制备及其改性锂离子电池电极材料的研究[D];西北大学;2011年
2 刘琳;锂离子电池聚合物凝胶电解质的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
3 芮先宏;锂离子电池正极材料磷酸钒锂的制备及性能研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 李利民;含氮活性碳材料的制备及其电化学性能研究[D];湘潭大学;2010年
5 郎丰饶;锂电池正极材料LiNi_(0.5)Mn_(0.5)O_2制备及结构表征[D];东北师范大学;2010年
6 何理;锂离子电池纳米ZnS/C负极材料制备及性能[D];上海交通大学;2011年
7 杜楠;锂离子电池回收利用过程管理设计及研究[D];首都经济贸易大学;2004年
8 苏树发;锑及锑锡合金薄膜的电化学吸放锂性能研究[D];浙江大学;2005年
9 姜冬冬;用于锂离子电池的锡基纳米结构电极的研究[D];复旦大学;2010年
10 仇征;新型锂离子电池负极材料钛酸锂的研究[D];上海交通大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 罗海基;[N];中国有色金属报;2003年
2 兴 华;[N];中国质量报;2004年
3 记者 王小龙;[N];科技日报;2011年
4 本报记者 张迎增;[N];中国高新技术产业导报;2002年
5 本报记者 纪爱玲;[N];中国高新技术产业导报;2009年
6 潘葆铸;[N];中国工业报;2004年
7 江苏 严拥军;[N];电子报;2004年
8 记者 李玮 通讯员 孟祥成;[N];菏泽日报;2009年
9 记者 汪炜;[N];上海科技报;2009年
10 记者 刘志强;[N];科技日报;2001年
 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


{bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育app}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育}| {bcksports}| {bck官网}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育}| {bckbet}| {bcksports}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bck体育}| {bckbet}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bcksports}| {bck官网}| {bck}| {bck体育官网}| {bcksports}| {bck体育下载}| {bck体育app}| {bckbet}|
{uc8}| {uc8体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐城}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8老虎机}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {uc8彩票}| {uc8}| {uc体育}| {UC体育}| {UC8娱乐城}| {uc8}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {uc8}| {uc体育}| {uc8体育}| {UC体育}| {uc8官网}| {uc8老虎机}| {UC8娱乐}| {UC8娱乐城}|