水溶液可充鋰電池正極材料充放電過程及其機(jī)理的研究.pdf

1、能源是支撐人類文明進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展不可或缺的基本條件。作為人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，煤炭、石油、天然氣等化石能源支撐了19世紀(jì)到20世紀(jì)近200年來(lái)人類文明的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。然而，化石能源的不可再生性和人類對(duì)其的巨大消耗，使化石能源正在逐漸走向枯竭;從另一方面來(lái)看，由于化石能源的使用過程中會(huì)新增大量溫室氣體CO2，同時(shí)也產(chǎn)生了一些有污染的煙氣，威脅全球生態(tài)。因而，開發(fā)更清潔的可再生能源是今后發(fā)展的方向。風(fēng)能、太陽(yáng)能

2、等是這些新型可再生能源的代表，也是當(dāng)今各個(gè)國(guó)家關(guān)注的熱點(diǎn)。然而這些能源的輸出強(qiáng)烈地依賴于自然條件，有些情況下與能量需求不匹配，因此需要一個(gè)可以削峰填谷的儲(chǔ)能系統(tǒng)，在用電低谷時(shí)將電存儲(chǔ)起來(lái)，用電高峰時(shí)再將電送出去，達(dá)到平衡電力負(fù)荷的目的。
　　水溶液可充鋰電池（簡(jiǎn)稱為“水鋰電”）安全無(wú)毒、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高功率、低成本使得它成為短距離電動(dòng)汽車和太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電站的最合適的能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)化裝置之一。目前對(duì)水溶液可充鋰電池正極材料的研究比較廣

3、泛，但是對(duì)于其電化學(xué)行為的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，本論文利用電化學(xué)石英晶體微天平，對(duì)水溶液可充鋰電池的幾種正極材料進(jìn)行了電化學(xué)行為的研究，并且合成了一種集多種優(yōu)點(diǎn)于一身的磷酸鐵鋰/碳納米管復(fù)合材料用于水溶液可充鋰電池。并對(duì)其進(jìn)行了一系列的表征，測(cè)試了其在水溶液電解質(zhì)中的電化學(xué)性能，主要內(nèi)容包括:
　　首先利用電化學(xué)石英晶體微天平，對(duì)水溶液可充鋰電池的幾種正極材料進(jìn)行了電化學(xué)行為的研究，通過Sauerbrey公式的計(jì)算得到，在鋰鹽電解

4、質(zhì)水溶液中，LiCoO2、 LiMn2O4、LiFePO4三種材料在充放電過程中都與其在有機(jī)電解液一樣進(jìn)行著Li+的脫出和嵌入。
　　然后通過模板法，合成了磷酸鐵鋰/碳納米管復(fù)合材料，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究，SEM結(jié)果顯示為三維有序大孔結(jié)構(gòu)，TEM結(jié)果清晰地顯示了碳層的包覆和碳納米管的摻雜。通過對(duì)比在水溶液中的電化學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料在500mAg-1、1000mAg-1、2000mAg-1、5000mAg-1、10000mA

5、g-1的電流密度下的放電容量分別高達(dá)114 mAhg-1、110mAhg1、105mAhg-1、99mAhg-1、94mAhg-1，顯示出較好的倍率性能，這主要是碳納米管和包覆碳層使材料本身電子導(dǎo)電性明顯提高，三維多孔的結(jié)構(gòu)使電解液更具浸潤(rùn)性，而組成孔壁的納米粒子縮短了離子傳遞的路徑，這樣就加速了電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因此更有利并加快了大電流密度下鋰離子的嵌入和脫出，從而使磷酸鐵鋰/碳納米管復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能。在隨后的快充慢放測(cè)試中，