金属氧化物的制备及其在锂离子电池和锂硫电池中的应用研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wshzzhy
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近年来,人类对化石能源的需求逐渐增加,随之而来的环境问题也极大地制约着社会的可持续发展。因此,发展清洁、高效的替代性能源,建立可持续能源发展体系是现代社会首先要解决的问题。由于具有绿色环保以及质量和体积能量密度较大等优点,锂离子电池被认为是最具有开发潜力的电池之一。其中,负极材料是锂离子电池的关键组成之一,锂离子电池商业化负极材料主要为石墨,但较低的理论容量(372 m Ah g-1)已经不能满足社会需求。与此同时,锂硫电池的质量和体积能量密度明显优于锂离子电池的能量密度,使得锂硫电池成为下一代极具研究价值的电池储能系统,锂硫电池的关键是设计正极载硫材料。金属氧化物因理论容量高而且能吸附多硫化物而受到人们的关注,在锂离子二次电池及锂硫电池中应用潜力大,但是存在制备步骤多、方法繁冗和耗时长等缺点,限制了它的应用。因此,开发操作简便、易于调控的金属氧化物的制备方法尤为重要。本文构筑高容量金属氧化物,以用于锂电负极和锂硫电池正极,主要研究内容如下:(1)提出了抽滤法制备ZnMn2O4的新方法。分别以氯化锌-氯化锰,乙酸锌-乙酸锰和硝酸锌-硝酸锰为原料,以氢氧化钠溶液作为碱液,使用抽滤法和共沉淀法合成Zn Mn2O4。其中,以金属氯化盐为原料,使用抽滤法合成的Zn Mn2O4的储锂性能最佳。在100 m A g-1电流密度下,循环80次后放电比容量维持在800 m Ah g-1,并且库伦效率高达97%,表现出良好的循环性能。(2)使用熔盐法制备具有多面体结构的Zn O。以氯化钠-氯化钾为熔盐,乙酸锌为锌源,在不同温度下煅烧制得Zn O。通过XRD和SEM等测试手段表明制得的Zn O具有极高的结晶度,其中,经过800℃煅烧得到的样品形貌最为规则,为表面光滑的多面体结构,并且储锂性能最佳。这种使用熔盐法制备金属氧化物的方法为可控制备特定形貌的纳米材料提供了新思路。(3)使用一步煅烧法制备出MoOX/C和Mo(PO3)3/C。MoOX/C具有由纳米薄片组装而成的规则花状结构,而Mo(PO3)3/C呈现出由纳米薄片构成的不规则球状结构。通过熔融法与硫复合,得到Mo OX/C-S和Mo(PO3)3/C-S复合材料,并将两者分别用做锂硫电池正极。在0.2 C的电流密度下,Mo OX/C-S的循环性能和倍率性能优于Mo(PO3)3/C-S,主要归功于Mo OX/C有着相对更大的比表面积,为硫和多硫化物离子提供更大的空间和丰富的活性吸附位点。
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