PPY包覆的LiMnO4纳米阵列用于柔性锂离子电池

菜单

电子

材料

毕业论文

1 引言1

1.1 环境与资源问题的思考..1

1.2 锂离子电池工作原理与电极材料1

1.3 柔性锂离子电池.. 2

1.4 锰酸锂作为锂离子的电池的正极材料 2

1.4.1 锰酸锂纳米颗粒.. 4

1.4.2 一维、二维、三维的锰酸锂纳米材料 3

1.5 导电聚合物聚吡咯（PPY）. 6

1.6 选题的意义 7

2 实验部分 8

2.1 实验试剂与仪器.. 8

2.2 PPY 包覆的锰酸锂纳米阵列材料的制备.9

2.2.1 模板的合成..9

2.2.2 锰的氧化物的合成..10

2.2.3 锰酸锂的合成. 11

2.2.4 包覆 PPY..11

2.3 PPY 包覆的锰酸锂纳米阵列材料表征方法11

2.3.1 X-射线粉末衍射仪(XRD)..11

2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)..11

3 实验结果分析与讨论.12

3.1 结构与形貌分析.. 12

3.1.1 XRD 图谱分析..12

3.1.2 SEM 图像分析.14

3.2 电化学性能分析 15

3.2.1 充放电循环数据分析.. 15

3.2.2 倍率循环性能数据分析..16

3.2.3 寿命循环性能曲线数据分析 17

3.2.4 CV 循环曲线数据分析.17

结论.19

致谢.20

参考文献. 21
1 引言锰酸锂因为其低成本，环境友好性和大储量成为了锂离子电池最受欢迎的阴极材料。大量的锰酸锂纳米结构，诸如纳米线和纳米棒被证明有相比于散状的材料更好的电化学性能。此外，吡咯聚合在锰盐的整个表面的过程中，不管基体的形状或者大小是怎么样的，聚吡咯都能很和基体有紧密的导电接触，这就使得氧化物的利用率大幅度上升。从而提高了电池容量。[1][2]1.1 环境与资源问题的思考人口的快速增加与经济的快速发展使得能源短缺与环境污染成为越来越严重的问题。结果就是，诸如风能与太阳能等可再生能源成为了研究的热点。然而这些可再生能源的供给与需求逐年波动，这对产业的稳定性非常不利。目前为止，这些现有的能源，包括锂离子电池，正在面临着巨大的挑战和问题。逐渐的，有着高速率性能的安全可靠的能源储存系统急需被研究如何用于可再生能源。[3]1.2 柔性锂离子电池所谓柔性电池袁是指可以承受弯曲、扭曲、拉伸甚至折叠等形变的电池。目前，许多公司提出了柔性电子产品的概念，并生产了相关产品。例如：苹果公司的 Iphone Procare概念机，透明的屏幕可以前后弯曲并且手机很薄。诸如这样的概念产品已有不少，然而，这些柔性电子产品的发展离不开与之匹配柔性电源的发展。为了满足可弯、可植入、可穿戴的电子产品的需要，柔性储能装置和电源，例如不同大小、形状和力学性能的柔性锂离子电池亟待发展。锂离子电池占据着目前电子产品电池的绝大部分份额，相对于其他锂电体系，锂离子电池的研发更加成熟，而柔性锂离子电池也是最有可能首先被推广应用的柔性体系。构建柔性锂离子电池一般要从集流体、电极材料和电解质三个方面着手。[4]1.3 锂离子电池的工作原理以及电极材料在锂离子电池中，锂离子分别在充电和放电过程中在两个嵌入式的寄主电极（阳极和阴极）间穿梭。如图一所示，一个标准的锂离子电池包括了石墨负极（阳极），非水溶液液体电解质，和一个有钴酸锂构成的正极（阴极）。在充电过程中，锂离子从钴酸锂脱溶进入电解液，然后等量的锂离子嵌入到石墨烯层中。放电过程中，锂离子从石墨中脱嵌并以相似的过程进入钴酸锂阴极。同时，电子通过外电路进行充放电的电量补偿。在商业化的锂离子电池中，石墨往往被用作阳极而过渡金属氧化物如钴酸锂，磷酸铁锂和锰酸锂，往往被用作于阴极[5]。锂离子在充电和放电循环中来来回回的于阴极与阳极之间穿梭着。然而，由于些许可燃有机溶剂的存在，它们有一定可能会造成一些意外，譬如，突然冒烟甚至是着火。而这些意外会因为一些不恰当的操作引起，就像过冲和短路。除此之外，非液态的电解质的离子的导电性往往会比液态的低上两个数量级。[8]液态电解液中，一些嵌入型的混合物，诸如钴酸锂，锰酸锂，镍酸锂，都可以用来作为正极；而一些正离子掺杂的导电聚合物，诸如聚苯胺，聚吡咯都可以用来做负极。[6]总所周知，导电聚合物诸如聚苯胺与聚吡咯一直以来都被用作柔性锂离子/聚合物电池。也有研究报道显示这些聚合物也被用作液态可充放电系统的负极材料。已经有许多关于聚吡咯的研究正在如火如荼的展开，而且结果也是非常鼓舞人心的。