水溶液充电锂电池负极材料中纳米钒酸锂及改性材料的应用

《水溶液充电锂电池负极材料中纳米钒酸锂及改性材料的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、水溶液充电锂电池负极材料中纳米钒酸锂及改性材料的应用第1章绪论1.1引言电池是一种使电能和化学能相互转化的储能装置。只能使用一次的电池称作干电池，如碱猛电池、银锌电池；能反复使用若干次的电池被称作二次电池，常见的二次电池有铅酸电池、镍镉电池、镇氢电池和锂离子电池等，在汽车、电子、医药、通信、航空航天等领域被广泛地应用。与其它电池相比，如表1-1所示，锂离子二次电池环境友好，具有较高的体积能量密度和重量密度，平均输出电压高(3.6V),为镇镉电池,镜氧电池的三倍；再加上使用寿命长，无记忆效应，自放电率低等，自20世纪90年代商业化以来便得到了迅速的

2、发展，己经成为各种便携式高端电子产品的主要电源。目前，锂离子电池在动力汽车(EV)、军事以及航空航天领域的应用幵发也已经全面启动，许多国家都以政府的形式支持锂离子电池的研究。1.2锂离子电池概述20世纪六七十年代发生的石油危机迫使人们去寻找新的替代能源。由于锂是所有金属元素中最轻的元素（原子量为7，密度0.53gcm_3，摩尔质量6.94gmol'),且标准电极电位最低（-3.045VNHE)，这些特点决定了它作为负极材料来设计高比容量储能电源的基础，因此，锂电池作为石油的替代能源之一，得到大量的关注和研究。锂离子电池自问世以来，依次经历

3、了锂一次电池、金属锂二次电池、商品化锂离子电池三个阶段。锂一次电池自从幵始实现商业化后，很快被应用于手表、计算器和植入式医疗设备等。目前，已商业化的锂一次电池包括Li-Mn02、Li-l2、Li-CuO、Li-S0Cl2、Li-CFx(x<l)、Li-SO〗、Li-AgaCrCU等。同时，人们发现许多层状无机硫族化合物可以同碱金属发生可逆反应，这样的化合物统称为嵌入化合物。在嵌入化合物基础上，诞生了金属锂二次电池，其中以Exxon公司的Li-TiS2体系最为代表。TiS2是当时最为典型的一种层状嵌入化合物，Li+在其层间能够进行可逆插入和脱

4、出P'43，但是由于金属锂表面的不均勾性会导致其表面在多次充放电过程中形成枝晶枝晶生长到一定程度会发生折断，产生死锂，造成不可逆容量的增加；更为严重的是如果枝晶刺穿隔膜，将会造成电池短路从而产生大量的热，导致电池着火甚至爆炸，带来严重的安全隐患。因此该锂二次电池体系也未能成功实现商品化。为了解决上述问题，M.Lazzari和B.Scrosati提出了用锂嵌入化合物代替锂金属的概念，构成了一个新的锂二次电池体系，并验证了其可行性。在新的系统中，正极和负极材料均采用锂离子嵌入/脱嵌材料。充电时，锂离子从正极脱出嵌入负极，放电时，锂离子又从负极

5、脱出嵌入正极，人们把这种电化学储能体系形象地称为摇椅式电池（Rocking-chairbatteries)。20世纪八十年代末，人们将可逆性好，嵌锂电位低的碳材料用做负极材料。1990年，LiCo02被提出作为正极材料，石油焦为负极材料，配以合适的非水液体电解质(Lia04-PC+EC)，得到具有良好充放电性能和较高比能量的电池，并首次提出了锂离子电池Oithiumionbatteries)这一概念。1991年，日本Sony公司开始推出以碳材料为负极材料的锂离子电池。随后十多年，由于笔记本电脑、摄像机和移动通讯等新兴产业对移动电源的迫切需求，锂离

6、子电池得到了飞速的发展。第2章实验部分2.1实验药品在进行电化学石英晶体微天平结合循环伏安进行测试时，将活性材料与导电剂乙炔黑AB和粘结剂PTFE按照一定量的质量比混合，滴入2mL乙醇超声混勾，然后用一次性滴管取一滴在0.25cm2晶片上，将周围擦拭干净，烘千待用。本论文中其余测试均采用以下方法制备极片：将活性材料与导电剂乙炔黑AB和粘结剂PTFE按照一定量的质量比在乙醇中研磨均勾混合，待其成糊状物后在平板玻璃上撤成薄膜，之后打孔并用压片机将其压在Ni网集流体上制成圆形工作电极。在真空箱内120°C干燥2h，称量后置于手套箱中待用。交流阻

7、抗谱技术是研究电化学反应界面和电极反应的一种重要手段，该方法是在平衡状态下，对被测体系施加小幅度正弦波交流信号，同时测量其电化学响应信号的技术[4_6]。由于小幅度的交变信号不会对被测体系产生大的影响，所以用此方法可以方便地研宄电极过程动力学参数与电极状态的关系。交流阻抗法能够提供有关电极反应的机理信息，包括欧姆电阻、吸脱附、电极表面膜以及电极过程动力学参数等。本工作中的交流阻抗研究全部采用三电极体系，其中以镇网作为对电极，饱和甘亲电极(SCE)作为参比电极。交流阻抗测定使用CHI660C电化学工作站。第3章负极材料钒酸锂的合成及其电化学....

8、.................36-463.1引言.....................36-383.2LiV_3O_8的溶胶凝