上海紫一試劑廠專注電池類新材料的開發(fā)

近年來,隨著石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源日漸枯竭,太陽能、風(fēng)能等新能源受到越來越多的關(guān)注。這些替代能源的高效利用仰賴于高性能化學(xué)電源的發(fā)展。而鋰離子電池是目前研究和應(yīng)用最廣泛的化學(xué)電源之一。與其它化學(xué)電源相比而言,鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長、循環(huán)性能好、安全性能好等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話等移動(dòng)設(shè)備中。然而目前鋰離子電池的電化學(xué)性能還不能滿足純電動(dòng)汽車(EVs)或混合動(dòng)力汽車(HEVs)等大功率設(shè)備的需求。作為鋰離子電池三大基本要素(正極、負(fù)極、電解質(zhì))之一的負(fù)極材料一直是鋰離子電池研究的關(guān)鍵課題。錳的氧化物由于具有較高的比容量,很早就將其作為儲(chǔ)鋰負(fù)極材料進(jìn)行研究。然而,由于其電子傳導(dǎo)率和鋰離子擴(kuò)散速率較低,且充放電過程中體積易發(fā)生不可逆的變化,導(dǎo)致材料的粉化,使得容量衰減較快,循環(huán)能力和快速充放電能力差,因此制約了錳氧化物在鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。本論文的研究內(nèi)容是針對(duì)錳氧化物的上述不足,利用二氧化鈦修飾及摻氮等手段對(duì)錳氧化物進(jìn)行改性,以提高材料的導(dǎo)電性和鋰離子在材料中的擴(kuò)散速率,減緩材料因體積變化造成的粉化現(xiàn)象,達(dá)到提升電化學(xué)性能的目的。1.通過水熱方法制備MnCO_3自組裝微球,在空氣氣氛中400 ℃焙燒4 h后氧化為MnO_2,然后加入鈦酸四丁酯水解,通過后期再燒結(jié)過程后生成TiO2/MnOx復(fù)合材料。與二氧化錳相比,復(fù)合材料容量衰減較慢,循環(huán)能力大幅提升,在100 mA/g下經(jīng)過250次循環(huán)后比容量保持在1032 mAh/g。性能的提高可能源于二氧化鈦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性部分緩解了錳氧化物的體積膨脹,Mn~(3+)的存在使得導(dǎo)電性提高,以及二氧化鈦和氧化錳間的協(xié)同作用。7Li核磁共振的結(jié)果證明了復(fù)合物中二氧化鈦儲(chǔ)鋰的嵌入機(jī)理及錳氧化物儲(chǔ)鋰的轉(zhuǎn)化機(jī)理。2.通過硝酸錳和乙醇的水熱反應(yīng)在三聚氰胺泡棉上生成三氧化二錳顆粒,管式爐下燒結(jié)后泡棉分解為碳氮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),三氧化二錳還原為低價(jià)態(tài)的一氧化錳。由于碳氮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在,提高了充放電過程中材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及電子的傳輸效率,燒結(jié)后產(chǎn)生了電荷傳輸?shù)目椎澜Y(jié)構(gòu),材料的比容量和循環(huán)穩(wěn)定性大大提高。經(jīng)500℃處理后的MnO-MF-500材料在160次循環(huán)后仍然保留590 mAh/g的比容量,達(dá)到一氧化錳理論容量755 mAh/g的78%。

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