文档介绍：中国科学技术大学
博士学位论文
高性能锂离子电池负极材料的新型结构设计与研究
姓名:王强
申请学位级别:博士
专业:分析化学
指导教师:李景虹
20070401
要摘管载体在增强电子电导率,维持热力学励力学稳定性和降低电荷转移阻力方面为了满足世界范围内对能源转化和储备日益增长的需求,目前大量的研究工作直接与寻找新的材料概念以及多样化的合成方法相联系。在电极材料方面的突破是下一代锂离子电池成功开发的关键正逐步被广泛接受,这必将推动锂离子电池技术在便携式电子设备、清洁能源储备、混合动力汽车等领域的加速发展。本论文综述了锂离子电池负极材料的研究进展。针对无机类富勒烯结构、锡基复合氧化物和过渡金属硫化物的充放电循环及倍率性能较差的特点,本论文采用低温水热合成法制备了一系列具有新型结构的负极材料。利用、疎和燃际醵哉庑┎牧系奈⒐劢峁购托蚊步辛朔治觯捎煤愕缌鞒浞诺纭循环伏安和电化学阻抗谱燃际醪馐云涞缁阅堋1韭畚闹饕开展了以下几个方面的研究:甅蚖类富勒烯结构基于转换反应过程展示了相当高的嵌脱锂活性,然而怎样确保快速而可逆的转换反应却是一个无法回避的问题。为了获益于这种转换反应所提供的高嵌锂容量并克服其固有的低动力学特性,通过利用碳纳米管众多优异的物理、化学和机械性质,本论文采取了将与碳纳米管同轴复合的概念./崮擅坠芤蚱渚哂刑厥獾囊熘式峁梗攀苹ゲ梗了协同效应进而导致增强的电化学性能。基于获得的实验结果,/。燥胱拥绯囟裕春涎趸锸亲罹呶妥罹呔赫Φ牡缂材料,然而合金化过程中严重的体积效应对电极电极造成了剧烈的机械损伤,导致电极材料逐渐粉化,合金结构被破坏,从而引发循环性能下降。针对锡基复合氧化物的体积效率,通过使用独特的具有纳米级特点的自组装微球来实现良好的倍率和循环性能将是一个有效的途径。在..自组装微球中,相互连接的纳米片构筑单元采取了“松散”的堆积方式,这不仅有助于缓冲合金化过程中中国科学技术大学博士学位论文
巨大的体积变化引发的机械应力,提高其循环稳定性,而且还能最大程度的发挥纳米尺度效应,促进倍率性能的改进。在倍率为保米宰樽拔⑶虮硐殖隽较好的容量性能,可逆容量在个循环后还保持在痝,放电容量保持率在%以上。而且,这种材料还具有比较良好的倍率性能,诺绲目赡嫒量保持率在%以上。此外,本论文还对自组装微球的嵌锂电化学性能进行了表征,为具有新型纳米结构的材料作为安全锂离子电池负极材料的可能应用提供了实验依据。淙唤;环从Φ缂ú牧弦腼胱拥绯靥逑悼雌鹄捶浅N耍欢真正的应用则被巨大的技术困难所困扰,譬如材料相对较低的电子导电率或者电极设计过程不恰当的配置方式。为此,本论文着手设计可以将集流体菽和过渡金属硫化物行У亟岷掀鹄创佣芄焕米;环从椿竦酶呷量的方法。此外,为了增强这种不含碳添加剂的自支撑电极的电化学转换过程的动力学性能,本论文采用了具有纳米结构的薄膜,使得电极在嵌脱锂时的界面反应位置多,扩散路径短。电化学测试结果表明在倍率为时,擅妆∧さ极几乎取得了稳定可逆的容量痝⑶以窝泛笕萘勘3致食过%。值得注意的是该电极即使在母弑堵侍跫禄箍梢员3殖サ可逆容量,这几乎是过渡金属硫化物在此条件下能达到的最高水平。悸堑絋晃擅撞牧瞎ぷ鞯缥皇手小⒀肥倜ぁ⒖山锌焖俪放电而无安全隐患等特性,本论文研究了其作为一种有机系混合超级电容器负极材料的可行性。本论文首次提出以碳纳米管为正极,纳米线为负极组装混合超级电容器,。基于活性材料的总重量,在谋堵侍跫拢旌铣兜缛萜鞯谋饶芰为./,两倍于碳基超级电容器的比能量,同时也维持了良好的循环稳定性。电化学性能的改善得益于以较大比表面积和适当孔径分布的碳纳米管为正极,在电极,电解液界面处发生静电吸附存贮大量电荷,促使擅紫叩缂ǹ以在较为宽的电位窗口内通畅地进行对应的法拉第反应,维持其优异的电容性能,这将在一定程度上改善了混合超级电容器的功率密度和能量密度,尤其在较大的电流密度下更有优势。关键词:锂离子电池负极材料新型结构,、
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