可充镁电池正极材料及电池体系研究

摘要

可充镁电池作为一种新型的绿色能源转换装置正在得到广发的关注。目前，可充镁电池的相关研究还处于早期阶段，研究主要集中在开发稳定且可实现镁离子可逆沉积溶出的电解液以及可供镁离子可逆脱嵌且具有高容量，高电压正极材料。
　　本文采用球磨以及热处理相结合的方法制备了四种不同硫含量的硫/科琴黑（S/KB）复合材料。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等测试表征方法系统地探究了所制备的复合材料的微孔结构。测试结果表明：S/KB（60 wt%S）复合材料中的硫能很好地嵌入科琴黑的纳米孔道中去。当硫含量达到60 wt%时，正极材料表现出最佳的电化学性能，其首次放电容量高达466.3 mAh g-1，并且在第6圈以后，容量仍维持在165 mAh g-1左右。
　　其次，本文也通过两步水热法制备了具有独特形貌的MoO2中空微球材料，并以此为正极材料，金属镁为负极以及同时含有Mg2+，Li+的混合阳离子电解液组装成一种新型的电池体系。这种电池不仅防止在负极形成金属枝晶，也能保证在正极发生高容量的嵌入脱出反应，解决镁二次电池正极材料容量较低的缺点。研究发现，MoO2电极材料的形貌对于材料的电化学性能有着重要影响。经测试，MoO2中空微球材料首次放电比容量为217.2 mAh g-1，库伦效率约为88%，且在随后的循环中，库伦效率接近100%。相反，由1~10μm实心颗粒组成的商业MoO2的电化学性能则逊色很多，其首次放电比容量小于50 mAh g-1。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析表明，Mg2+，Li+共同参与了正极嵌入反应。
　　最后，本文还探索了不同集流体在“二代电解液”中的电化学行为，并开发出了以哈氏合金C-276为集流体的可稳定进行充放循环的新型模具电池。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 可充镁电池的工作原理及特点

1.3 可充镁电池发展中所存在的问题

1.4 可充镁电池的研究进展

1.5 本课题研究的主要内容及意义

第二章 硫/科琴黑复合物的制备及其电化学性能研究

2.1 引言

2.2 实验

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 二氧化钼中空微球的制备及其电化学性能研究

3.1 引言

3.2 实验

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 可充镁电池正极集流体探索

4.1 引言

4.2 实验

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表的论文