鋰離子電池正極材料與(M=Cu,Mo)的合成與性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展以及能源的枯竭,能源匱乏和環(huán)境污染的現(xiàn)象越來越凸顯,發(fā)展新能源材料也成為21世紀(jì)必須解決的重大課題。眾所周知,鋰離子電池行業(yè)中,正極材料占鋰離子電池成本的1/3以上。過去的二十年中,為了找到理想的鋰離子電池正極材料,眾多研究者已對200多種物質(zhì)作了嘗試。目前被廣泛應(yīng)用的鋰離子電池正極材料,如LiCoO2、LiMn2O4,其高溫性能及綜合技術(shù)指標(biāo)仍不能滿足大動力鋰離子電池的要求。尋找電化學(xué)性能優(yōu)越的正極材料,具有非常重要的意

2、義。本文選取了具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)的Chevrel相化合物Cu2Mo6S8為重點研究對象,對其合成、性能和嵌/脫鋰動力學(xué)過程開展了深入系統(tǒng)的研究;還對廉價的黃鐵礦(FeS2)進(jìn)行了體相摻雜改性研究。
　　本文采用熔鹽法合成了鋰離子電池正極材料Chevrel相的Cu2Mo6S8,用X射線衍射儀、掃描電鏡對所得樣品的晶體結(jié)構(gòu)、表面形貌等進(jìn)行了表征,并對材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致分析,確定了熔鹽法制備的Cu2Mo6S8材料的晶體結(jié)構(gòu)為Chevre

3、l相,顆粒分布均勻,結(jié)晶狀態(tài)良好;用電化學(xué)工作站等對其進(jìn)行了電化學(xué)性能測試,確定了材料的最佳工作電壓區(qū)間為1-3.2V;并采用交流阻抗法對Chevrel相的Cu2Mo6S8材料嵌/脫鋰反應(yīng)的動力學(xué)過程進(jìn)行了研究。
　　Li/Cu2Mo6S8電池恒流充放電測試結(jié)果表明:該材料的首次放電比容量隨著充電電壓的升高而升高,但是循環(huán)性能經(jīng)歷了一個先上升后降低的過程,材料在1-3.2V區(qū)間具有最好的性能;材料在首次放電過程中存在1.1V平臺,

4、而且在充放電循環(huán)以后就不存在該平臺了,1.1V平臺的存在是首次放電比容量高的原因;通過材料的循環(huán)—效率曲線得出鋰離子在Chevrel相Cu2Mo6S8材料中的脫出存在一定的阻礙,而鋰離子在其中的嵌入并不存在困難;其在1V~3.2V范圍充放電時,前25次循環(huán)容量在100mAh/g以上;該材料的伏安循環(huán)曲線具有較為對稱的氧化還原峰,表明該材料具有良好的氧化還原可逆性。Li/Cu2Mo6S8電池的交流阻抗實驗表明,Chevrel相Cu2Mo6

5、S8材料在高的嵌鋰電位下存在SEI膜,對該材料的比容量起到了積極作用
　　另外,本文以金屬單質(zhì)Cu、Mo為摻雜原料對廉價的黃鐵礦(FeS2)的體相摻雜研究發(fā)現(xiàn),金屬單質(zhì)摻雜對FeS2的循環(huán)比容量有很大的提高,但其對室溫循環(huán)衰減的影響不是很明顯。金屬摻雜并未顯著影響鋰離子在FeS2中的脫嵌機理,但對材料的首次放電比容量有很大的提高,這也是摻雜提高了FeS2循環(huán)比容量的原因。結(jié)果表明,摻雜后FeS2仍具有兩對氧化峰分別在1.95V和2