文档介绍：表面工程在电极材料中的应用
锂离子电池工作原理
表面工程在锂离子电池中应用举例
超级电容器工作原理
表面工程在超级电容器中应用举例
锂离子电池
电池的正负极均采用可供锂离子自由嵌脱的活性物质。放电时。Li+从负极脱出,插入正极;充电时,Li+从正极逸出,嵌入负极。为保持电荷平衡,充放电过程中有相同数量电子经外电路传递,在正负极进行迁移。这种充放电过程, 恰似一把摇椅。因此, 这种电池又称为摇椅电池( Rocking Chair Batteries)。
以LiCoO2 为正极材料, 石墨为负极材料的锂离子电池, 原理如图
电极材料的选择
在整个脱嵌过程中,锂的插入和脱嵌可逆,且主体的结构很少发生变化
氧化还原的电位变化要尽可能小,这样电池电压没有或很少发生变化,保持平稳的充电和放电
电极材料应有良好的电子导电率和离子导电率,这样可减少极化,能进行大电流充放
环境友好
价格适宜
Mn3O4作为电极材料的一种新型结构——纳米线阵列
Mn3O4的基本性质
高的理论比容量(936mA h g-1)
无毒,自然界储量充足,比Co便宜20倍左右
两个问题制约锰基材料在锂电中的应用
(1)Li在脱嵌过程中由于体积变化而使循环性能变差
(2)由于Mn3O4低的导电率而导致其较低的低倍率容量
Wang J, Du N, Wu H, et al. Order-aligned Mn3O4 nanostructures as super high-rate electrodes for rechargeable lithium-ion batteries[J]. Journal of Power Sources, 2012.
在铜基片上合成铜纳米线阵列
以有孔径为200~300nm小孔的阳极氧化铝(AAO)为模版通过阴极电泳来制备铜纳米线阵列,在使用铜箔之前先将其抛光
将Mn3O4沉积到所制的结构上去
通过电化学的方法,以铜纳米线阵列为工作电极,碳棒为对电极,Ag丨Agcl为参比电极,/ cm-2使Mn3O4沉积,90s后在400°C下热处理1h
******@carbon hollow core–shell heterostructures
Si作为负极材料的优势
高的理论比容量4200mAh g-1(为当前商业用的石墨的10倍)
低的放电电势
制约Si作为负极材料的因素
Si本身低的导电率
Si与Li合金/去合金化过程中较大的体积变化导致容量快速衰退
Zhou X, Tang J, Yang J, et al. Silicon@ carbon hollow core-shell heterostructures novel anode materials for lithium ion batteries[J]. Electrochimica Acta, 2012.
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