普鲁士蓝锂铁衍生物在锂离子电池上的应用研究

论文摘要

随着电子设备的快速发展以及能源与环境问题的日益突出,人们对化学电源提出了更高的要求。锂离子电池以其高电压、比能量大、循环寿命长、无污染等优点而得到广泛的应用。具有高插入电位的过渡金属氧化物常用作锂离子电池的正极材料,目前研究较多的是层状结构的LiCoO2、LiNiO2以及尖晶石结构的LiMn2O4。作为第一种人工合成的聚合物,普鲁士蓝（Fe（Ⅲ）4[Fe（CN）6]3·14H2O,Prussian Blue,简称PB）自从1704年被发现以来,其研究领域不断扩大,研究的对象从普鲁士蓝本身到其衍生物。其应用领域从简单的作为染料,显色剂,到作为核电站废水的吸附剂,电化学的电极修饰材料,电显色剂,电池电极材料等。普鲁士蓝及其衍生物的三维网状结构在无机结构中是独特的,在低密度,易掺杂溶剂以及可变的结构和计量学等许多方面,与交联的有机物类似。其还具有沸石特性,能在水溶液中很快地与碱金属离子发生交换。普鲁士蓝及其衍生物具有优良的电化学可逆性,高度的稳定性,容易制备等优点,因而在化学修饰电极、电显色、二次电池等方面有很大的应用前景。本文研究了普鲁士蓝锂铁衍生物作为锂离子电池材料的应用。合成了普鲁士蓝锂铁衍生物LiFe[Fe（CN）6]·aq。在对其进行了XRD、IR、TG-DTA和电导率表征的基础上,证明其具有较好的锂离子应用前景。进而以其为活性物质组装成不同模拟电池进行了一系列的充-放电实验,由此得到了Li+在普鲁士蓝锂铁衍生物中的脱嵌与嵌入性能和循环充放电性能。结果显示,Li+在普鲁士蓝锂铁衍生物中的脱嵌与嵌入曲线比较平稳,说明Li+在LiFe[Fe（CN）6]中的嵌入和脱嵌比较容易。循环充放电性能测试表明LiFe[Fe（CN）6]在循环过程中结构稳定。因此LiFe[Fe（CN）6]在锂离子电池方面具有良好的实用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电池概述
• 1.3 锂离子电池
• 1.3.1 锂离子电池发展史
• 1.3.2 锂离子电池的工作原理
• 1.3.3 锂离子电池正极材料
• 1.3.4 锂离子电池负极材料
• 1.3.5 锂离子电池电解质材料
• 1.3.6 锂离子电池的结构
• 1.4 我国电池工业发展现状
• 1.5 普鲁士蓝及其衍生物介绍
• 1.6 本课题的提出及其意义
• 第二章 普鲁士蓝锂铁生物的制备与表征
• 2.1 实验试剂和仪器
• 6]的制备'>2.2 普鲁士蓝锂铁生物LiFe[Fe（CN）₆]的制备
• 2.3 X-射线粉末衍射分析
• 2.4 傅立叶红外光谱分析
• 2.5 热重-差热分析
• 6]的结构构架'>2.6 LiFe[Fe（CN）₆]的结构构架
• 6]的电导率测定分析'>2.7 LiFe[Fe（CN）₆]的电导率测定分析
• 6]循环伏安实验'>2.8 LiFe[Fe（CN）₆]循环伏安实验
• 2.9 小结
• 6]中Li⁺的嵌/脱能力'>第三章 LiFe[Fe（CN）₆]中Li⁺的嵌/脱能力
• +嵌/脱能力的分析'>3.1 Li⁺嵌/脱能力的分析
• +在固液相中嵌/脱能力的比较'>3.2 Li⁺在固液相中嵌/脱能力的比较
• 3.3 小结
• 第四章 作为锂离子电池正极材料的性能研究
• 4.1 实验电池的组装
• 4.1.1 正极材料的制备
• 4.1.2 负极材料的制备
• 4.1.3 隔膜材料
• 4.1.4 电解液
• 4.1.5 电池的装配
• 4.2 充放电测试
• 4.3 实验结果分析与讨论
• 6]为正极乙炔黑为负极的模拟电池'>4.3.1 以LiFe[Fe（CN）₆]为正极乙炔黑为负极的模拟电池
• 2为正极乙炔黑为负极的参比电池'>4.3.2 以LiCoO₂为正极乙炔黑为负极的参比电池
• 6]作为固体电解质的模拟电池性能测试'>4.3.3 LiFe[Fe（CN）₆]作为固体电解质的模拟电池性能测试
• 4.4 小结
• 第五章 结论和展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文情况