【摘 要】
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石墨等碳材料作为锂离子电池的阳极材料已经商业化多年,但是由于其理论容量(372 mAhg-1)较低,安全性能较差使得其在商业化的进一步应用中受到一定的阻碍。随着技术进步和科技革新,人们对阳极材料的要求也日益提高。因此研发新型成本低廉性能优良的锂离子电池阳极材料成为科研人员的新挑战。本文研究发现了几种新型阳极材料,使用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,透射电子显微镜等表征手段分析材料的晶体结构和形貌,并
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石墨等碳材料作为锂离子电池的阳极材料已经商业化多年,但是由于其理论容量(372 mAhg-1)较低,安全性能较差使得其在商业化的进一步应用中受到一定的阻碍。随着技术进步和科技革新,人们对阳极材料的要求也日益提高。因此研发新型成本低廉性能优良的锂离子电池阳极材料成为科研人员的新挑战。本文研究发现了几种新型阳极材料,使用X射线衍射仪,扫描电子显微镜,透射电子显微镜等表征手段分析材料的晶体结构和形貌,并使用充放电测试系统、交流阻抗以及循环伏安等电化学方法对合成材料的电化学性能进行测试和研究。实验内容如下:(1)首次将高锰酸钾直接作为锂离子电池阳极材料,在电流密度为100 mAg-1的条件下,经过20次循环,放电容量为82 mAhg-1。这个结果意味着发现了一种新型的材料,并且可能会降低阳极材料的制备成本。另外,直接使用研磨混合的方法在纯高锰酸钾中加入不同比例的石墨烯,可以显著增强纯高锰酸钾的电化学性能。此外,基于获得的CV曲线,还提出了一个新的K+和Li+参与嵌锂和脱锂过程的机理,为将来新型锂电池阳极材料的研究打下基础。(2)在前项高锰酸钾具有一定容量的基础上,首次将含有高锰酸钾和四氯化锡在100℃下干燥混合物用作锂离子电池的阳极材料。在本研究中,制备了四种具有不同Mn与Sn原子比的样品,并进行了系统的研究。研究结果表明,将Mn与Sn的原子比为1:2时,所制备的复合材料表现出最佳的电化学性能。电化学性能测试显示,在电流密度为100 mAg-1的条件下,经过20次循环,放电容量仍能保持在220 mAhg-1。(3)在这项工作中,制备了含有四氯化锡、商业硅晶片、石墨烯和木素的复合锂离子电池阳极材料。在本项工作中,电化学测试结果表明,将四氯化锡、球磨Si粉与石墨烯进行复合,其放电容量在电流密度为100 mAg-1下循环20次后约为350 mAhg-1,远大于阳极材料钛酸锂的理论容量值。并提出了一种新型结构,即核壳结构和三明治结构来解释样品表现的令人较为满意的电化学性能。应该强调的是在制备过程中,条件简单且成本低廉。这对于锂离子阳极材料的商业生产是非常有意义的。(4)本项工作首次将煅烧后的风化石用作锂离子电池阳极材料,成本低廉且制备方法简单。XRD和EDS分析表明,煅烧风化石和纯风化石的主要成分是SiO2。研究结果表明,煅烧温度对制备样品的电化学行为起着关键作用,600℃煅烧后的风化石在所有样品中的电化学性能最好,放电容量在100 mAg-1的电流密度下经过20次循环后接近70 mAhg-1。其原料储备丰富,制备过程简单,这种新型的材料可能会开辟锂离子电池阳极材料的新领域,对于锂离子电池的进一步商业化非常有利。
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