水性鋰離子電池負(fù)極材料的研究.pdf

1、傳統(tǒng)的鋰離子電池因使用有機(jī)電解液存在嚴(yán)重的安全隱患,成為它做為大容量電池廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車(chē)輛的重要障礙。而水性鋰離子電池使用無(wú)機(jī)鋰鹽水溶液做電解質(zhì),保證了鋰離子電池的安全性能,而且水性鋰離子電池還具有環(huán)境友好、成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是一種新型最具有發(fā)展?jié)摿Φ幕瘜W(xué)電源。但由于水的理論分解電壓只有1.23 V,因此,可用于水性鋰離子電池的電極材料受到限制。由于鋰錳氧化物正極在水性電解質(zhì)中具有較好的循環(huán)性能,與不同負(fù)極材料組裝的電

2、池卻顯示出不同的循環(huán)性能。因此,負(fù)極材料在很大程度上影響著水性鋰離子電池的電化學(xué)性能。
　　本論文首先介紹了水性鋰離子電池的工作原理,詳細(xì)綜述了水性鋰離子電池的研究進(jìn)展。并以水性鋰離子電池的負(fù)極材料為研究目標(biāo),采用熱失重(TG)確定了材料的合成工藝,用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察材料形貌,用X-射線衍射(XRD)表征材料的晶體結(jié)構(gòu),用循環(huán)伏安(CV)、電化學(xué)阻抗譜(EIS)等測(cè)試研究了材料的電化學(xué)性能。
　　1.采用溶膠-凝

3、膠法合成了一種新型具有通心粉結(jié)構(gòu)的納米多孔狀 Li1+xV3O8負(fù)極材料。研究結(jié)果表明,500℃煅燒得到的Li1+xV3O8樣品在1.0 mol·L-1 Li2SO4水性電解質(zhì)中的電化學(xué)性能較好,其在水性電解質(zhì)中的電化學(xué)行為與其在有機(jī)體系中相似。由其組裝的水性鋰離子電池LiMn2O4/1.0 M Li2SO4/Li1+xV3O8于0.1、0.5、1.0 C倍率下的首次放電容量分別為189、140和101 mAh·g-1(根據(jù)負(fù)極材料的質(zhì)

4、量計(jì)算)。100次循環(huán)后,放電容量保持率分別為36％、38%和37%。
　　2.采用溶膠-凝膠合成具有孔狀結(jié)構(gòu)的 V2O5材料。研究表明,400℃煅燒得到的V2O5在1.0 mol·L-1 Li2SO4中的電化學(xué)性能較好。CV測(cè)試結(jié)果表明,V2O5在水性電解質(zhì)中的電化學(xué)行為與其在有機(jī)體系中相似。以其為負(fù)極組裝的水性鋰離子電池LiMn2O4/1.0 M Li2SO4/V2O5在0.1、0.2、0.5 C倍率下首次放電容量分別為76.

5、23、71.16、66.79 mAh·g-1,20次循環(huán)后,其放電容量分別為58.82、47.25和36.05 mAh·g-1。
　　3.采用溶膠-凝膠法合成了 LiTi2(PO4)3負(fù)極材料。CV數(shù)據(jù)表明其可以作為鋰離子電池的電極材料;EIS數(shù)據(jù)表明經(jīng)過(guò)碳包覆后的材料的阻抗明顯減小。以其為負(fù)極組裝的水性鋰離子電池 LiMn2O4/1.0 M Li2SO4/LiTi2(PO4)3在0.1 C倍率下首次放電容量為77.49 mAh·