資源描述：
《電化學(xué)研磨法及非脫嵌鋰離子電池電極材料的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文摘要鋰離子電池的發(fā)展推動(dòng)著人們探索可能的新的電極材料以提高鋰離子電池的性能，促進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。鏗離子電池的電化學(xué)性能取決于正極材料、負(fù)極材料和電解質(zhì)。傳統(tǒng)的鋰離子電池電極材料一般為脫嵌式化合物，如常見(jiàn)的氧化鈷鋰、氧化鎳鋰、石墨等等。一些非脫嵌式化合物如CuO、LaC003、Li2Sn03表現(xiàn)出更高的可逆循環(huán)容量，有望成為新一代的負(fù)極材料。而近年來(lái)，納米金屬材料由于其特有的性能而引起關(guān)注，得到了很大的發(fā)展。本論文一方面在于探索一些有前途的非脫嵌式化合物的電化學(xué)性能及機(jī)理，另
2、一方面在于利用這種電化學(xué)反應(yīng)，從鋰電池中提取金屬納米粒子。論文的第一章首先綜述了鋰離子電池的優(yōu)缺點(diǎn)、鋰離子電池的結(jié)構(gòu)和工作原理、鋰離子電池常用的電極材料和電解質(zhì)材料，詳細(xì)敘述了日前常用的鋰離子電池負(fù)極材料。此外，第一章中對(duì)于金屬納米材料常用的合成方法進(jìn)行了介紹和評(píng)述。Tarascon和其他研究組對(duì)CuO與金屬鋰的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是哪一種機(jī)理，其最后的產(chǎn)物均為金屬銅，而且以納米級(jí)粒予形式存在，由此第二章提出了利用在鋰電池中金屬鋰對(duì)商品金屬氧化物顆粒的還原來(lái)合成納米金屬顆粒的新穎合成路線，并
3、稱(chēng)作電化學(xué)研磨的方法。通過(guò)收集商品CuO粉在鋰電池中被金屬鋰還原的產(chǎn)物，得到了納米尺度的金屬Cu，說(shuō)明這種電化學(xué)研磨合成金屬cu的納米顆粒和纖維的方法是可行的。我們發(fā)現(xiàn)合成的納米Cu的粒徑受電流密度的影響，令A(yù)．N奇的是在很小的放電電流密度時(shí)，得到了金屬銅的納米纖維。進(jìn)一步的研究表明，除了放電電流密度外，電沲溫度對(duì)這種電化學(xué)細(xì)化也有很大的影響，從而說(shuō)明這種電化學(xué)研磨合成納米金屬的方法是可控的。針對(duì)目前負(fù)極材料的研究熱點(diǎn)一金屬氧化物，論文第三章中采用溶液沉淀加水熱反應(yīng)的兩步法合成了不同形貌的氧化銅，分析
4、了其在鋰離子電池中的電化學(xué)性能。結(jié)果表明：形貌不同的CuO具有差異很大的電化學(xué)性能，具有合適比表面積的CuO粉末呈現(xiàn)了較好的電化學(xué)循環(huán)性能。根據(jù)金屬氧化物與金屬鋰的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，解釋了本實(shí)驗(yàn)中的CuO具有的電化學(xué)性能，認(rèn)為SEI膜的形成和首次還原產(chǎn)物L(fēng)i20的不完全可逆導(dǎo)致了存在的不可逆容量損失，同時(shí)結(jié)合金屬cu在電解液中的溶解解釋了具有合適比表面積的CuO粉末呈現(xiàn)的更好的電化中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文摘要學(xué)循環(huán)性能。在研究簡(jiǎn)單金屬氧化物的同時(shí)，論文第四章還對(duì)復(fù)合金屬氧化物L(fēng)aC003與金屬鋰在鋰
5、電池中的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究。采用溶膠一凝膠的方法合成的LaC003呈現(xiàn)了類(lèi)似于金屬氧化物CoO的電化學(xué)性能．首次放電具有340mAh／g的電化學(xué)容量，循環(huán)容量為110mAh／g。循環(huán)伏安特性表明反應(yīng)是分步驟進(jìn)行的，結(jié)合CoO與金屬鋰的反應(yīng)機(jī)理的研究，提出．LaC003與金屬鋰的電化學(xué)反應(yīng)的中間產(chǎn)物為CoO。對(duì)最后還原產(chǎn)物進(jìn)行XRD、FESEM測(cè)試的結(jié)果表明首次放電后還原產(chǎn)物以無(wú)定形態(tài)存在，：XAFS測(cè)試的結(jié)果表明LaC003經(jīng)還原后Co以Co．Co鍵存在，而La則以La．O鍵存在。因此，其最后的
6、還原產(chǎn)物是金屬Co、La203和Li20。錫基負(fù)極材料以其很高的理論容量引起了人們的關(guān)注。第五章中對(duì)具有合金反應(yīng)機(jī)理的錫基復(fù)合氧化鈕Li2Sn03的合成和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。固相法和以己二醇為溶劑的溶膠一凝膠法用來(lái)合成了不同顆粒大小的U2Sn03。對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能研究的結(jié)果表明納米級(jí)的顆?？梢跃徑庥捎阱a基電極充放電過(guò)程中發(fā)生體積膨脹引起的電極破壞，從而提高n2snO，的循環(huán)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選擇適當(dāng)?shù)某浞烹妳^(qū)域可以抑制金屬錫的團(tuán)聚，也可以提高電化學(xué)循環(huán)性能。同時(shí)，不同放電深度的電極進(jìn)行XRD測(cè)試
7、的結(jié)栗驗(yàn)證了此類(lèi)錫基復(fù)合氧化物的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。此外，第六章還對(duì)溶劑化鋰離子在不同管徑碳納米管中的插入進(jìn)行了研究。在以前的研究中在EC基電解液中不會(huì)引起碳類(lèi)負(fù)極材料石墨層片的“剝落”，而PC基電解液則很容易引起碳類(lèi)負(fù)極材料石墨層片的“剝落”。但是在對(duì)不同管徑碳納米管的研究結(jié)果表明，對(duì)于選用的管徑較大的碳管，即使在PC基的電解液中都不會(huì)發(fā)生石墨層片的“剝落”，而對(duì)于選用的管徑較小的碳管，即使在EC基的電解液中都會(huì)發(fā)生石墨層片的“剝落”。髭晌這種剝落的因素，除了電解液中溶劑分子的結(jié)構(gòu)外，碳納米管的管徑和管
8、壁石墨層片問(wèn)的范德華力也起著關(guān)鍵的作用。論文的最后(第七章)對(duì)本研究所取得的成果及存在的不足之處作了簡(jiǎn)要的綜述，并對(duì)今后可能的研究方向進(jìn)行了展望和提出了建議。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文摘受AbstractThegreatdevelopmentoftheLi-ionbatterieshasstimulatedandrequiredresearcherstOexploresomenewpossibleelectrodematerials，improveth
