收藏本站

全固态薄膜锂离子电池新型电极材料的研究

【摘要】: 随着微机电系统(MEMS)的发展,对微能源的需求日益迫切。全固态薄膜锂离子电池是迄今为止最适合用于MEMS器件上的一种可集成的微能源之一。薄膜电极材料对于电池的性能有着至关重要的影响,常用的嵌锂复合物如LiCoO2、石墨等电极材料虽然性能稳定,但电池比容量却很难提高,因此,发展新型大容量的薄膜电极是未来薄膜电池的一个重要的发展方向。本文采用脉冲激光沉积(PLD)方法获得了CuF2、MnF2、CoP3和InP四种薄膜锂电池电极材料,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与能量色散X射线分析(EDX)、透射电子显微镜(TEM)与选区电子衍射(SAED)、X射线光电子能谱(XPS)和恒电流充放电法、循环伏安法(CV)对其物理化学结构和电化学性能进行了表征,结果表明: (1)CuF2薄膜在2.8和2.0 V处的两个可逆的放电平台分别对应于部分Li进入CuF2晶格和更多的Li置换金属Cu,而得到LiF和纳米级的金属Cu,其后的可逆反应是纳米级Cu驱动下的LiF与CuF2之间的可逆转化。首次放电后较大的容量损失可能是由于相变和部分Cu不能再回到晶格中重新形成CuF2导致的,但是在前45次循环[1.0,4.0 V]的电化学窗口,CoF2薄膜仍然保持了544 mAh/g左右的可逆容量,每周容量衰减约为0.6%,放电平台稳定在1.8-2.0V之间,显示了较大的容量优势和较好的电化学稳定性。有意义的是,我们首次在其CV曲线上观察到了2.8 V以上的清晰的可逆氧化还原峰,并发现CuF2薄膜在前20次的[2.8,4.2V]之间的电化学反应中,放电平台保持在3.1 V左右,平均可逆容量为125mAh/g。这表明经PLD纳米化后的CuF2表现出2.8 V以上的电化学可逆性,并具有可利用的容量。 (2)制备出良好的循环保持力、较大容量和极化小的MBF2薄膜电极。充放电特性显示纳米化的氟化锰负极薄膜的可逆容量达到530 mAh/g,相当于1mol MnF2可与1.84 mol Li发生反应。其循环伏安曲线中1.0 V和0.5 V处的一对可逆性较好的氧化还原峰,分别归属于LiF在过渡金属Mn的驱动下的可逆的分解和形成,并为SAED结果所证实。其反应机理是由首次放电生成的纳米金属Mn驱动LiF的可逆分解和形成,再一次证实了氟化物以金属为反应中心的机理特征。充放电实验表明这种负极薄膜的充放电平台差值比其他氟化物都小,表明其很适合用做负极材料。同时室温沉积条件便于和IC工艺兼容,有利于全固态薄膜锂离子电池与微芯片的集成。 (3)CoP3薄膜中的金属在首次还原后,不再参与氧化还原反应,该机理体现出典型的以阴离子为中心的反应机理,这与前人关于CoP3粉末的机理研究一致。PLD方法制备的纳米薄膜放电后得到的纳米级金属颗粒高度分散,对于Li3P和LiP的电化学可逆反应起到了促进作用,因此CoP3薄膜表现出比粉体材料更好的电性能,在前25次循环中,薄膜可逆容量800mAh/g,且每次循环容量衰减率仅为0.05%。 (4)首次将PLD制备的InP薄膜作为锂离子电池的负极材料,且表现出良好的电化学可逆性。InP在O到2V的反应过程如下:放电过程,首先是Li进入InP晶格,置换出In并生成Li3P;在0.3 V以下,In继续和Li发生合金化反应,生成InLi合金;充电过程中,InLi合金发生分解,在合金和去合金化过程中,是以In作为活性反应中心,之后在纳米金属In的驱动下,Li3P和InP发生可逆转化,这一步是以阴离子P3-为中心的反应。 (5)作为对实验研究的补充,采用第一原理的理论计算方法对Li/CuF2体系结构与性能进行了研究,包括Li嵌入CuF2晶体前后的电子结构、嵌入途径和电化学性能参数。计算结果与已有的实验数据相当,即随着嵌入的Li原子增加而体系的导电性增强和计算所得的嵌入平均电势能与观测到实验值相近。 本论文的研究表明PLD方法是获得新型性能优异锂电池薄膜电极材料的重要途径,新型氟化物和磷化物纳米薄膜由于其独特的反应机理和纳米效应而具有远大于传统材料的超大容量,显示出良好的发展前景。

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 蔡羽;赵胜利;文九巴;陈海云;;全固态锂离子电池V_2O_5阴极薄膜研究进展[J];材料导报;2006年S1期
2 徐宇虹;尹鸽平;左朋建;;锂离子电池正极材料的第一性原理[J];化学进展;2008年11期
3 胡邦成;锰在锂离子电池电极材料中的应用[J];中国锰业;1999年03期
4 庄全超,武山,刘文元,陆兆达;锂离子电池材料研究进展[J];电池;2003年02期
5 刘宇,解晶莹,杨军,王可,王保峰;锂离子电池中SnCu_x/CMS复合材料的制备[J];电化学;2003年01期
6 廖红英,程宝英,郝志强;锂离子电池电解液[J];新材料产业;2003年09期
7 路秋生;锂离子电池充电保护集成电路UCC3957[J];电子产品世界;2004年09期
8 ;选择好电池 手机通信有保障[J];大众标准化;2004年12期
9 顾惠敏,翟玉春,王伟;锂离子电池正极材料的研究和发展[J];新材料产业;2004年10期
10 张冬冬;朱家海;;从USB端口充电的锂离子电池充电电路[J];电子元器件应用;2004年06期
11 文钟晟,谢晓华,王可,杨军,解晶莹;锂离子电池中高容量硅铝/碳复合负极材料的制备与性能研究[J];无机材料学报;2005年01期
12 施志聪,杨勇;聚阴离子型锂离子电池正极材料研究进展[J];化学进展;2005年04期
13 庄全超,刘文元,武山;锂离子电池有机电解液电导率的影响因素[J];电池工业;2005年05期
14 任宁,尹鸽平,左朋建,仝钰进,程新群,史鹏飞;锂离子电池硅-锰复合材料的电化学性能[J];无机化学学报;2005年11期
15 庞静;卢世刚;刘莎;;锂离子电池过充特性的研究[J];电化学;2005年04期
16 周韬;;做大锂离子电池产业[J];电动自行车;2005年11期
17 黄宣俊;;在电动自行车上应用锂离子电池是必然趋势[J];电动自行车;2005年11期
18 吕罡;刘心宇;敖敏;张汉城;郭亮;;锂离子电池正极材料的研究进展[J];电工材料;2006年01期
19 韩周祥;魏剑英;蔺常辉;杨志宽;;导电锂盐LiBOB各组分含量的测定[J];电池;2006年02期
20 黎步银;谢京州;苏乐雨;韩颖姝;;锂离子电池电化学参数测试仪[J];仪表技术;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 余碧涛;程丽;仇卫华;李福燊;;亚硫酸乙烯酯添加剂改善锂离子电池循环性能的研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年
9 欧阳楚英;施思齐;陈立泉;;锂离子电池氧化物电极材料离子动力学研究进展[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
10 王莉;李建军;万春荣;何向明;;硫化聚丙烯腈可逆储锂材料研究[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 余乐;新型固态薄膜电池及性能研究[D];复旦大学;2011年
5 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
6 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
7 马聪聪;缺陷石墨烯在气敏传感器和锂离子电池中的应用[D];北京化工大学;2013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 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
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 顾正建;全固态薄膜锂离子电池的研究[D];重庆师范大学;2010年
2 陈国光;物理气相沉积法制备全固态薄膜锂离子电池正极材料LiCoO_2[D];电子科技大学;2010年
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 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
9 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
10 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
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}|