收藏本站

以过渡金属氧化物为原料制备锂离子电池硅酸盐正极材料的研究

【摘要】:锂离子电池硅酸盐正极材料因具有理论容量高、安全性能好、成本低、环境友好等优点,从而引起研究者广泛的关注。作为一种聚阴离子化合物,硅酸盐自身电导率低和离子扩散慢的缺陷,却限制了其作为锂离子电池正极材料的实际应用。但是可通过碳包覆、减小活性物质颗粒尺寸、掺杂这三种途径来克服以上的这些缺点。在较常用到的制备正极材料的方法中,使用溶胶-凝胶法更容易得到纯度高、活性物质颗粒尺寸小(纳米级)且电化学性能好的碳包覆硅酸盐正极材料。在使用溶胶-凝胶法时,通常选用可溶性的锂盐、过渡金属盐类和有机硅烷作为反应的原料。虽然所制备的材料活性物质颗粒尺寸为纳米级,但其大小并不容易调节。在本论文中,实现以过渡金属氧化物为原料通过溶胶-凝胶法合成纯度较高的碳包覆硅酸盐正极材料的设想,并且所制备的硅酸盐正极材料具有良好的电化学性能。作者发现了可以利用Fe2O3来调控Li2Fe Si O4大小的现象。以500 nm Fe2O3微球为铁源,通过溶胶-凝胶法制备了Li2Fe Si O4/C正极材料。Li2Fe Si O4的晶体结构属于单斜晶系,具有P21/n空间点群,所制备的样品纯度较高,并未观察到明显的杂质相。碳以无定形态的形式存在于产物中。Li2Fe Si O4/C呈现出类似球形的形貌,其球体大小与Fe2O3微球十分接近。在0.1 C倍率下,Li2Fe Si O4/C正极材料的放电容量可以达到160 m Ah g-1。在0.1 C至2 C倍率范围内,在100次循环的充放电测试中,容量保持率在90%以上。该材料表现出稳定的循环性能。以50 nm Fe2O3颗粒为铁源,通过溶胶-凝胶法制备了纯度较高的Li2Fe Si O4/C正极材料。该Li2Fe Si O4的尺寸与Fe2O3纳米颗粒十分相近,约为50 nm,说明Fe2O3具有模版作用,可以用来控制Li2Fe Si O4的尺寸。在0.1 C倍率下,该Li2Fe Si O4/C正极材料的放电容量能够达到166 m Ah g-1。在0.1 C至5 C倍率范围内,在100次充放电测试中,该材料表现出稳定的循环性能。在0.5 C、1 C和2 C倍率下,第100次循环材料的放电容量分别为125 m Ah g-1、120 m Ah g-1和110 m Ah g-1。与以500 nm Fe2O3微球为原料所制备的Li2Fe Si O4/C相比,该材料的倍率性能明显提升。以50 nm Fe2O3颗粒为铁源,制备Mg掺杂的Li2Fe Si O4/C正极材料(Li2Fe0.98Mg0.02Si O4/C)。在Li2Fe0.98Mg0.02Si O4/C样品中,Li、Fe、Mg的实际化学计量比与投料比很接近。Li2Fe0.98Mg0.02Si O4晶体结构属于单斜晶系,具有P21/n空间点群。与Li2Fe Si O4相比,Li2Fe0.98Mg0.02Si O4的晶胞体积略微收缩。Li2Fe0.98Mg0.02Si O4的尺寸约为50 nm,与Fe2O3颗粒的尺寸很接近,说明镁掺杂并没有影响活性物质Li2Fe Si O4的尺寸。镁掺杂明显改善了材料在低倍率下放电容量以及循环,提高了材料的倍率和低温性能。在0.1 C倍率下,Li2Fe0.98Mg0.02Si O4/C正极材料的放电容量能够达到193.3 m Ah g-1,相当于每个结构单元可逆脱嵌1.16 mol Li+所对应的容量。100次循环后,材料的容量保持率为92%。通过交流阻抗谱测试,估算Li2Fe0.98Mg0.02Si O4/C正极材料的锂离子扩散系数,发现镁掺杂能够提高锂离子在材料中的扩散能力,从而改善材料的电化学性能。以Mn3O4纳米颗粒为锰源,制备了纯度较高的Li2Mn Si O4/C正极材料。该Li2Mn Si O4的晶体结构属于单斜晶系,具有P21/n空间点群。Li2Mn Si O4/C由纳米颗粒紧密堆积而成,Li2Mn Si O4的尺寸为20-30 nm,要小于Mn3O4颗粒的尺寸(大约为50-80 nm),说明Mn3O4不能够作为模版用来控制Li2Mn Si O4的尺寸。在8 m A g-1电流密度下(0.025 C),Li2Mn Si O4/C材料的首次放电容量能够达到240 m Ah g-1,相当于每个结构单元可逆脱嵌1.44 mol Li+所对应的容量。该Li2Mn Si O4/C正极材料的容量保持率,随着充放电电流密度的增大而逐渐升高。测定在不同充放电电流密度下,首次循环和30次循环后电解液中锰的浓度,证明Li2Mn Si O4/C正极材料中锰离子发生溶解。并且还发现了随着电流密度的增大,电解液中锰的浓度逐渐下降。通过交流阻抗谱测试,研究了材料在不同电流密度下,首次循环和30循环后,正极材料/电解质界面的变化情况。通过循环测试前后正极材料的X射线衍射研究,推测Li2Mn Si O4晶体结构较低程度的不可逆扭曲,是在较高充放电电流密度下Li2Mn Si O4/C正极材料具有较高容量保持率的主要原因。

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 ;新型锂离子电池[J];炭素技术;2002年03期
2 启明;高容量锂离子电池负极[J];金属功能材料;2003年01期
3 周园 ,韩金铎;锂离子电池:机遇与挑战共存——参加“锂离子电池与电动车”研讨会有感[J];盐湖研究;2003年02期
4 侯转丹;锂离子电池的发展状况与应用[J];山西焦煤科技;2004年07期
5 李洪枚,姜亢;废旧锂离子电池对环境污染的分析与对策[J];上海环境科学;2004年05期
6 于冶夫;锂离子电池回收与再生产[J];有色金属再生与利用;2005年04期
7 席国喜;焦玉字;路迈西;;废旧锂离子电池资源化研究现状[J];再生资源与循环经济;2008年01期
8 ;2009(第四届)动力锂离子电池技术及产业发展国际论坛[J];新材料产业;2009年06期
9 ;2009(第四届)动力锂离子电池技术及产业发展国际论坛[J];新材料产业;2009年08期
10 黄学杰;;车用和储能锂离子电池及其关键材料[J];化工新型材料;2010年S1期
11 谌立新;;复旦水系锂离子电池研究获得突破性进展[J];功能材料信息;2010年Z1期
12 ;我国水系锂离子电池短寿瓶颈被突破[J];化学工业与工程技术;2010年05期
13 张临超;陈春华;;锂离子电池电极材料选择[J];化学进展;2011年Z1期
14 魏宇锋;张继东;费旭东;吴晓红;陈相;;锂离子电池产业政策研究及检测标准分析[J];电池工业;2011年03期
15 凌维靖;王琴;张宝春;李伟铿;;废旧锂离子电池的出路探讨[J];广州环境科学;2011年04期
16 殷进;李光明;贺文智;朱曙光;阮菊俊;张娅;;废锂离子电池资源化技术研究进展[J];广州化工;2012年23期
17 ;美研制出可拉伸锂离子电池[J];现代化工;2013年03期
18 许明英;;矿用锂离子电池安全性能试验要求变化分析[J];煤矿安全;2013年06期
19 辛文芳,任学佑;锂离子电池的现状与发展[J];世界有色金属;1995年09期
20 任学佑;锂离子电池的新进展[J];世界有色金属;1996年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 许名飞;郭永兴;李新海;吴显明;;锂离子电池气胀问题探析[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
2 王宏伟;邓爽;肖海清;王超;杨宗辉;施亚申;;锂离子电池误使用的安全检测与分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年
3 刘勇;盘毅;谢凯;芦伟;;锂离子电池的存储性能研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年
4 张俊乾;;锂离子电池中的扩散应力和破坏[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
5 康慨;戴受惠;万玉华;王树安;;我国锂离子电池的研究与发展[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
6 张千玉;马晓华;;二甲苯用作锂离子电池过充保护添加剂的研究[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
7 张千玉;马晓华;;新型锂离子电池过充保护添加剂的研究[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
8 朱静;于申军;陈志奎;何显能;周永超;李贺;;水分对锂离子电池性能的影响研究[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
9 崔少华;杨晓民;;圆型锂离子电池渗液不良分析[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2)[C];2009年
10 李琳琳;王斌;吴宇平;T.van Ree;;甲基苯基二-(甲氧二乙基)硅烷用作锂离子电池功能性添加剂的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘金龙;锂离子电池高性能富锂锰基正极材料的研究[D];复旦大学;2014年
2 刘玉荣;锰基混合型金属氧化物孪生微纳结构的制备、形成机理与储锂性能[D];山东大学;2015年
3 易金;锂离子电池钒基负极材料的研究[D];复旦大学;2014年
4 张千玉;绿色能源材料钛酸锂的改性及其回收再利用的研究[D];复旦大学;2014年
5 袁庆丰;锂离子电池硅基复合负极材料和电池安全性的研究[D];华南理工大学;2015年
6 明海;高容量或高倍率锂离子电池材料的合成与相应全电池的组装研究[D];苏州大学;2015年
7 杨智博;高性能锂离子电池硅/锗电极的设计与制备[D];兰州大学;2015年
8 董汉成;卫星电源电池健康状态诊断方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
9 张涛;废弃锂离子电池破碎及富钴产物浮选的基础研究[D];中国矿业大学;2015年
10 张立强;锂离子电池多物理模型参数辨识及健康特征提取[D];哈尔滨工业大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张涛;失效锂离子电池破碎特性研究[D];华东交通大学;2011年
2 马宇宏;锂离子电池热安全性研究[D];电子科技大学;2013年
3 白钢印;锂离子电池高电压正极材料镍猛酸锂的合成与改性研究[D];昆明理工大学;2015年
4 宋赢;锂离子电池二氧化钛负极材料掺杂改性及电化学行为研究[D];辽宁大学;2015年
5 安平;聚酰亚胺锂离子电池隔膜的制备及其性能研究[D];陕西科技大学;2015年
6 景其鸣;锂离子电池高锰三元正极材料的富锂化研究[D];河北工业大学;2015年
7 潘佰韬;锂离子电池管理系统的设计与SOC估算研究[D];河北工业大学;2015年
8 纪继坤;实验室锂离子电池制作测试体系工艺研究[D];河北工业大学;2015年
9 王暖暖;基于UKF的电动汽车锂离子电池的SOC估算[D];大连海事大学;2016年
10 张卓识;锂离子电池建模与故障预测方法研究[D];大连海事大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李壮;[N];中国高新技术产业导报;2005年
2 刘碧玛;[N];科技日报;2007年
3 记者 陈颖;[N];深圳特区报;2006年
4 实习记者 徐恒记者 诸玲珍;[N];中国电子报;2008年
5 徐恒 诸玲珍;[N];中国有色金属报;2008年
6 李燕京;[N];中国消费者报;2008年
7 本报记者 冯健;[N];中国电子报;2009年
8 新材料在线首席研究员 李国强;[N];中国电子报;2004年
9 金信;[N];中国机电日报;2002年
10 黄新培;[N];中国机电日报;2002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}|