构筑SEI和TiO2包覆层修饰电极材料界面用于高性能双离子电池

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:you3880066
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
目前,锂离子电池(LIBs)已经被广泛应用到人们的日常生活中。但是锂在地壳中的含量只有0.002wt%,而且储量也十分有限,导致LIBs成本不断增加,严重阻碍了LIBs的发展。因此,人们近年来研发了许多新型电池,如锂硫电池、碱金属空气电池、锌空气电池和双离子电池等。在这些新型电池中,双离子电池因为其高工作电压、环境友好、低成本等特点引起了人们的关注。然而,双离子电池技术还处于基础研究阶段,它的主要缺点之是一般阴离子半径远远大于锂离子等金属阳离子半径,这会导致阴离子在嵌入脱出时不可逆,会破环电极材料的本身的结构等问题。本文基于此通过构筑SEI和TiO2包覆层对电极材料界面进行修饰来改善双离子电池的电化学性能,具体工作如下:(一)双离子电池(DIBs)的电极材料通常为石墨,以石墨为正极的DIBs,工作电位高,能量密度高。但是,它们仍然存在着一些问题,如在进行充电和放电时会导致石墨的结构损坏,这使DIBs的电化学性能不好。对此,本文中提到了一种采用修饰电极材料界面的方法,即用电化学的方法,通过在10 m A g-1的电流密度下放电充电5个周期,在电极表面构筑固体电解质界面膜(SEI)来保护石墨正极。表面构筑SEI包覆层的石墨正极组装成电池后,在100 m A g-1下进行恒流充电放电测试,其第一圈的放电比容量为77.2 m Ah g-1,未构筑SEI的石墨组装成的电池的放电比容量有46 m Ah g-1,充放循环80圈之后,构筑SEI包覆层的样品的容量保持率为76%,未构筑SEI包覆层的样品的容量保持率只有64%。结果表明,SEI膜的构筑可以有效地改善电池的电化学性能。这为提高双离子电池的性能提供了一条新的途径。(二)双离子电池对电极材料要求较高,一般阴离子半径远远大于锂离子等金属阳离子半径,这就要求材料要有充足的间距来满足阴离子的嵌入和脱出。α-MnO2材料有个独特的大隧道结构,具有较大尺寸约为4.6(?),有容纳六氟磷酸根(PF6-)离子脱嵌的能力。因此本文采用α-MnO2作为电极材料,但是这种电极材料的导电性不是很好且在进行充放电时其结构不是很稳定,而TiO2的导电性比α-MnO2高,而且二者之间可以形成异质结进一步改善其导电性。于是,文中又采用TiO2对α-MnO2进行包覆修饰合成α-MnO2@TiO2材料。采用α-MnO2@TiO2和α-MnO2两者为活性物质,将其组装成电池后,在100 m A g-1下进行恒流充电放电测试,α-MnO2@TiO2的第一圈放电比容量为285.3 m Ah g-1,经过充电放电300个周期之后,其容量保持率高达97.6%,即α-MnO2@TiO2还有284.4 m Ah g-1的放电比容量。而α-MnO2的放电比容量只有204.8 m Ah g-1,容量保持率为70.4%。
其他文献
石墨烯作为二维层状材料家族中第一个被剥离出来的成员,已经引起了科研人员的广泛关注,其优异的物理和化学性质已经在许多应用中得到了证实。广泛的应用给石墨烯带来日益增大的生产需求。自2004年以来,石墨烯的制备方法被不断的开发出来。诸多制备方法中,液相剥离法因为其方便易拓展而最受欢迎。相比于其它液相剥离可能带来的环境问题,水相剥离法由于绿色环保和成本低,在液相剥离法中占据主要地位。然而现阶段水相剥离法也
学位
森林生态系统作为陆地上最大的碳库,在缓解气候变暖问题上发挥着重要作用。神农架林区森林资源丰富,在湖北省推动碳达峰、碳中和任务过程中占有重要地位。森林植被碳储量的动态变化是反映林区森林碳汇效益的重要指标,通过科学合理的经营管理可以提升森林质量、充分发挥森林碳汇潜力。本研究利用神农架林区2009年、2019年的森林二类调查数据和2014年森林资源连续清查固定样地数据,通过生物量转化因子法(IPCC法)
学位
细根(根径≤2 mm)是森林生态系统中物质与能量循环过程的重要组成部分,具有巨大的吸收表面积,是植物吸收水分与养分的主要器官。细根对环境变化十分敏感,不同生境下细根在生物量、形态结构与生理生化等方面有很大的差异。同时,亚热带地区森林面临干旱的风险在本世纪将急剧升高,严重阻碍了林木的生长发育。森林演替过程中光照强度是影响森林结构与功能的主要因子。但迄今为止,关于细根应对干旱与弱光胁迫的响应大多集中在
学位
近年来,合成含有丁烯内酯和丁内酯为结构的目标分子化合物的研究引起了广泛关注。丁烯内酯和丁内酯作为一类含有氧原子的五元杂环化合物,具有良好的生物活性,广泛存在于各种药物、天然产物和各种材料中。它们被认为是天然杂环化合物的核心骨架,其结构本身也具有良好的化学反应性,它们也作为中间体被用于许多具有生物学意义的产品的合成中,因此,它们的存在对于新药的研发及发展具有十分重要的意义。众所周知,将氟原子引入有机
学位
茶叶中农药残留和茶油中毒素风险影响茶产品质量安全。快速高效的检测方法是茶产业发展的重大需求。表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)在快速检测领域有多种应用。本文采用SERS技术,优化制备专用SERS衬底结合茶叶前处理技术,系统性开展茶中农残快速检测方法研究,并建立Au@Ag NPs-Melamine-AFB1检测体系,实现茶油中黄曲霉毒
学位
森林病虫害严重危害了我国的林业资源,严重制约我国林业可持续发展。华山松大小蠹作为我国的特有危害性昆虫,严重危害了神农架林区的生态环境。目前遥感技术在华山松大小蠹的监测预测研究较少,数据源应用较为单一。无法实现华山松大小蠹虫害扩散的空间预测。为了探究遥感指标与华山松大小蠹空间扩散规律的关系,本文以神农架国家森林公园为研究区域,提取2018-2019两年间华山松枯死木点动态变化用于分析华山松大小蠹虫害
学位
核苷及其衍生物因具有优异的抗癌和抗病毒活性,在医药领域得到了广泛应用。传统合成手性非天然嘧啶核苷的策略主要是对杂环碱基或糖基进行修饰,其中五元杂环嘧啶核苷衍生物是一类重要的药物,但获得此类嘧啶核苷类似物的方法很少。本文工作是以高对映选择性的三元碳环嘧啶核苷为原料,通过[3+2]环加成反应合成了与原料手性基本保持一致的五元杂环嘧啶核苷。其主要工作内容如下:1.基于手性嘧啶环丙烷的[3+2]环加成反应
学位
我国是全球马铃薯第一生产大国,但是单产低于世界平均水平。主要原因是马铃薯以块茎进行无性繁殖时,病毒世代累积造成的种性退化。马铃薯脱毒种薯的繁育是解决种薯种性退化的有效措施。现代种薯生产体系是以试管苗或试管薯为基础生产微型薯,继而生产各级商品种薯。本研究旨在优化试管薯生产环节的生产技术,提高试管薯的薯重,以直接替代微型薯,从而减少生产环节。实验结果证明,施加蓝光处理能够有效促进马铃薯试管薯诱导的效果
学位
有机硼化物与α,β-不饱和羰基化合物的不对称共轭加成反应是构筑C-C键的重要合成方法之一。尽管过渡金属Rh(Ⅰ)、Ir(Ⅰ)、Pd(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)催化的有机硼酸及其衍生物与α,β-不饱和羰基化合物中的不对称共轭加成反应取得了长足的进展,有机小分子催化不对称共轭加成反应由于催化剂低毒性、易于制备、价格便宜、稳定性好、操作简单和不存在反应后金属残留等优点,成为过渡金属催化的一种重要的补充方法。在本论
学位
柑橘是我国也是全球最重要的水果之一,我国是全球最大的鲜食柑橘生产国和消费国。商品化处理有助于保持品质、降低腐烂损耗和提升果实外观,是鲜食柑橘采后生产的重要内容。现代柑橘采后商品化处理流程中包括了预处理环节,利用广谱消毒剂集中杀灭果面大部分微生物,以便在后续的防腐处理中对青、绿霉等病原真菌实现精准防控,达到减少咪鲜胺和百可得等传统化学杀菌剂用量的目的,同时能有效降低果实腐烂损耗,实现绿色高效的生产目
学位