LiB负极材料结构与性能研究

论文摘要

锂离子电池具有高电压,能量密度大,重量轻,体积小,循环寿命长,无记忆效应,环境效益好等优点。负极材料是决定锂离子可逆容量与循环寿命的关键因素之一。 本文对LiB化合物作为锂离子二次电池负极材料进行了探索研究。考察了LiB化合物在室温非水电解质的充放电性能,用交流阻抗测试方法对LiB化合物电化学性能的机制进行了分析。用XRD衍射实验研究了脱嵌锂对LiB化合物结构的影响,并用SEM实验观察了LiB化合物在充放电过程的微观形貌的变化。 放电实验结果表明,LiB化合物的放电有三个电位平台0.46V,0.69V,0.80V（vs.Li+/Li）,放电总容量达660mAh/g:而只有对应于0.46V和0.69V电位平台锂可以进行脱嵌,容量为274mAh/g。LiB化合物在0～0.75V范围具有很好的充放电可逆性。对应于0.80V放电平台的锂脱出后,不可嵌入。通过放电容量的计算得出LiB化合物的原子比为Li7.08B6,与Li7B6配比最为接近。 LiB化合物在0～0.75V范围,随脱锂量的增加,晶格参数发生阶跃式变化;化合物嵌锂后,晶格参数可恢复。在此范围内,对LiB化合物的可逆性,LiB化合物电极表面形成的钝化SEI膜起了良好的作用。而对应于0.80V放电平台,没有SEI膜的作用。实验表明,LiB化合物可循环部分的充放电机制为锂嵌入脱出机制。 本文还考察了原料中的B4C代替B形成的化合物的结构与电化学性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 锂离子负极材料的研究现状
• 1.2.1 锂离子电池简介
• 1.2.2 锂离子电池负极材料
• 1.3 LIB化合物的研究现状
• 1.3.1 LiB化合物的组成与结构
• 1.3.2 Li-B合金反应机理与制备
• 1.3.3 LiB化合物的电化学性能
• 1.4 LiB化合物作为锂离子负极材料的可能性
• 1.5 本论文的研究工作
• 第二章 实验方法研究
• 2.1 电极材料的制备研究
• 2.2 电池组装和电极制作研究
• 2.3 单相LiB化合物制备
• 2.4 XRD衍射实验样品制作研究
• 2.5 SEM实验样品制作研究
• 2.6 实验用料
• 2.7 小结
• 第三章 LiB化合物放充电性能研究
• 3.1 LiB化合物的放电性能
• 3.1.1 锂硼合金放电曲线
• 3.1.2 LiB化合物容量计算
• 3.2 LiB化合物充电性能
• 3.3 LiB化合物循环性能
• 3.4 LiB化合物大电流密度充放电实验
• 3.5 小结
• 第四章 LiB化合物电化学机制研究
• 4.1 交流阻抗实验曲线与模拟电路
• 4.1.1 电位低于0.44V平台区（0.28V，0.34V，0.40V）
• 4.1.2 0.44～0.66V电位区（0.49V，0.66V）
• 4.1.3 0.66～0.80V电位区（0.75V，0.8V）
• 4.1.4 电位高于0.80V区（0.95V）
• 4.2 交流阻抗分析与讨论
• 4.3 小结
• 第五章 LiB化合物脱嵌锂机制研究
• 5.1 LiB化合物结构研究
• 5.1.1 LiB化合物脱锂结构变化
• 5.1.2 Li-B合金中纯锂对LiB化合物结构影响
• 5.2 LiB化合物放电脱锂结构微观形貌
• 5.3 LiB化合物充电微观结构研究
• 5.4 LiB化合物脱嵌锂中锂位置定性模型
• 5.4.1 锂硼化合物锂位置模型假设
• 5.4.2 模型假设对实验结果的解释
• 5.5 小结
• 第六章 含碳锂硼化合物电化学性能研究
• 6.1 实验过程
• 4C合金物相分析'>6.2 Li-B₄C合金物相分析
• 4C的放充电性能'>6.3 LI-40wt％B₄C的放充电性能
• 6.4 小结
• 第七章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果