含氮族元素嵌鋰材料的合成與電化學(xué)研究.pdf

1、石墨類碳材料因具有良好的可逆嵌脫鋰性能而在目前的鋰離子電池中得以廣泛應(yīng)用.然而該類材料的嵌脫鋰容量較低(理論容量372mAh/g),難以滿足高能量密度電池的要求,因此開發(fā)高性能的負極材料是當(dāng)務(wù)之急.該論文采用高能球磨法(機械化學(xué)過程)制備了一系列鋰金屬氮化物和金屬磷化物,并對其脫嵌鋰特性等電化學(xué)性能進行了研究,同時對一些Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料和硒化物半導(dǎo)體材料的脫嵌鋰特性進行了初步探討.研究發(fā)現(xiàn)氮氣氣氛有利于高能球磨法制備鋰金屬氮化物

2、材料.在三元鋰金屬氮化物L(fēng)i<,3-x>M<,X>N(M=Co,Cu,Ni)中以Li<,2.6>Co<,0.4>N有著最高的容量,前10次循環(huán)可逆脫嵌鋰容量高達880mAh/g.用Cu、Fe部分取代Co的Li<,2.6>Co<,0.2>Cu<,0.2>N和Li<,2.6>Co<,0.2>Fe<,0.2>N材料脫嵌鋰容量有所降低,然而在循環(huán)性能方面有了較大的改善.而將Co完全取代的Li<,2.6>Ni<,0.2>Cu<,0.2>N材料的電

3、化學(xué)性能相對較差.此類氮化物材料首次脫鋰時從晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形態(tài),隨后的嵌脫鋰過程保持該無定形態(tài).這種無定形態(tài)允許大量鋰離子的脫嵌,但是在最初的幾個循環(huán)會發(fā)生結(jié)構(gòu)重排.材料的電化學(xué)活性與其本身的微結(jié)構(gòu)(比如脫鋰后的結(jié)構(gòu)排序等)密切相關(guān).CuP<,2>材料首次嵌鋰過程對應(yīng)于Cu的還原和Li<,3>P的產(chǎn)生,隨后的脫鋰過程呈現(xiàn)三步反應(yīng),對應(yīng)于Li<,2>CuP等新相的形成.其脫嵌鋰機理與CoP<,3>和MnP<,4>不同,其中Cu和P在氧化還