锂离子电池-毕业答辩PPT

NiF2/TiO2复合正极材料的合成及电化学性能研究指导老师：学生：班级：Contents231前言实验过程实验结果和分析1前言优点：过渡金属氟化物容量高、对应的氧化还原电位相对较高，适合作新型正极材料。缺点：导电性差，几乎为绝缘体；转换反应体积变化，造成电极稳定性较差。通过和二氧化钛TiO2复合，能够改善氟化镍的导电性能，降低体积变化率。图1.1Li+嵌入脱出和可逆化学转化反应区别示意2实验过程CompanyLogo2.1合成NiF2/TiO2电极材料A.球磨法研究中采用的合成NiF2/TiO2电极的方法主要是：球磨法和液相合成法TiO2炭粉、石墨球磨α-NiF2/TiO2商品化NiF2B.原位合成Ni(NO3)2NH4F、TiO2、CTAB电磁搅拌抽滤50℃保温干燥研磨80℃真空干燥120℃真空干燥β-NiF2/TiO2球磨炭粉、石墨3实验结果和分析3.3NiF2/TiO2电极界面特性研究3.2NiF2/TiO2的充放电性能测试3.1NiF2/TiO2的XRD成分分析3.1NiF2/TiO2的XRD成分分析图3.1(a)合成NiF2/TiO2的XRD谱；(b)标准NiF2XRD谱（PDF:#25-0579）10203040506070(242)(322)(251)(160)(202)(311)(112)(141)(221)(211)(040)(121)(200)(111)(120)(011)bIntensity/a.u.2Theta/Degreea(001)3.2.1不同电压区间对电极性能的影响图3.2电压区间为(a)1.0-4.5V；(b)1.0-4.0V的电极充放电曲线01002003004005006001.01.52.02.53.03.54.0Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)-NiF2/TiO21st2nd3rdb02004006008000.51.01.52.02.53.03.54.04.5Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)-NiF2/TiO2a1st2nd3.2.2不同电流密度对电极性能影响图3.3α-NiF2/TiO2的充放电及循环性能曲线01002003004005006001.01.52.02.53.03.54.0Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)1st2nd3rdaj=10mA/g0501001502002503000.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)1st2nd3rdcj=50mA/g02468101214160100200300400500600700Capacity(mAh/g)CycleNumberChargeDischargebj=10mA/g579.2mAh/g0246810121416050100150200250300Capacity(mAh/g)CycleNumberChargeDischargedj=50mA/g273.6mAh/g3.2.3TiO2的含量对β-NiF2/TiO2电极材料的充放电性能影响图3.4不同TiO2含量的β-NiF2/TiO2电极充放电曲线02004006008001.01.52.02.53.03.54.0Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)-NiF2a02004006008001.01.52.02.53.03.54.0Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)-NiF2/0.2-TiO2c01002003004005006001.01.52.02.53.03.54.0Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)-NiF2/0.1-TiO2b图3.5不同TiO2含量的β-NiF2/TiO2电极放电循环曲线012345678910110200400600800Capacity(mAh/g)CycleNumber-NiF2-NiF2/0.1-TiO2-NiF2/0.2-TiO2j=10mA/g3.2.4电流密度对β-NiF2/TiO2电极材料的充放电性能影响图3.6不同电流密度的β-NiF2/0.1-TiO2电极充放电曲线01002003004005000.51.01.52.02.53.03.54.04.5Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)j=10mA/g1st2nd3rda0501001502002500.51.01.52.02.53.03.54.04.5Potential(Vvs.Li/Li+)Capacity(mAh/g)j=50mA/g1st2nd3rdb图3.7不同电流密度的β-NiF2/0.1-TiO2电极放电过程循环性能曲线0246810120100200300400500600DischargeCapacity(mAh/g)CycleNumberj=10mA/gj=50mA/g3.3.1NiF2/TiO2电极的EIS谱特征分析030060090012000-300-600-900-12003.1V3.0V2.9V2.8V2.7V010203040500-10-20-30-40-50020040060080010000-200-400-600-800-10002.6V2.5V2.4V2.3V2.2V010203040500-10-20-30-40-50图3.8β-NiF2/0.1-TiO2电极的首次放电过程的EIS特征谱01002003004005000-100-200-300-400-5002.1V2.0V1.9V1.8V1.7V010203040500-10-20-30-40-50030060090012000-300-600-900-12001.1V1.0V2030405060700-10-20-30-40-50020040060080010000-200-400-600-800-10001.6V1.5V1.4V1.3V1.2V2030405060700-10-20-30-40-50030060090012000-300-600-900-12001.1V1.2V1.3V1.4V1.5Va204060801000-20-40-60-8001002003004005006007000-100-200-300-400-500-600-7001.6V1.7V1.8V1.9V2.0Vb3040506070800-10-20-30-40-5001002003004005006007000-100-200-300-400-500-600-7002.1V2.2V2.3V2.4V2.5Vc3040506070800-10-20-30-40-5002004006008000-200-400-600-8002.6V2.7V2.8V2.9V3.0Vd3040506070800-10-20-30-40-50图3.9β-NiF2/0.1-TiO2电极的首次充电过程的EIS特征谱02004006008000-200-400-600-8003.1V3.2V3.3V3.4V3.5Ve3040506070800-10-20-30-40-5001002003004005006000-100-200-300-400-500-6003.6V3.7V3.8V3.9V4.0Vf3040506070800-10-20-30-40-503.3.2等效电路的建立根据本文的实验结果，我们提出β-NiF2/0.1-TiO2电极首次充电过程的EIS等效电路如下图所示，其中Rs代表欧姆电阻，RSEI、Rcf和Rct分别为SEI膜电阻、肖特基接触电阻和电荷传递电阻，SEI膜电容CSEI，肖特基接触相关电容Ccf,双电层电容Cdl分别用QSEI，Qcf，Qdl表示。RsQSEIQcfQdlRctRcfRSEI3.3.3EIS谱的拟合分析图3.10β-NiF2/0.1-TiO2正极充放电过程中EIS谱特征RSEI、Rcf和Rct随电极电位的变化曲线1.01.52.02.53.03.54.04.55.0020406080100120140SEIDeformationRSEI/Potential(Vvs.Li/Li+)DischargeChargeSEIGrowth1.01.52.02.53.03.54.04.55.00200400600800Rcf/Potential(Vvs.Li/Li+)DischargeCharge1.21.62.02.42.83.23.64.04.44.824681012logRctPotential(Vvs.Li/Li+)DischargeCharge结论1.由充放电测试分析，纯的NiF2电极本身的放电平台约为1.5V，首次放电的容量高，可达700mAh/g左右，但容量衰减较快，充放电持续时间越来越短，循环效率不高。2.添加纳米粉末TiO2，可以提高氟化镍的电化学特性，形成首次充放电容量较高的复合正极材料，且添加TiO2的量不同，首次充放电容量的大小也不同：β-NiF2/0.2-TiO2β-NiF2β-NiF2/0.1-TiO2。3.通过EIS对电极界面特性的研究，将电极的Nyquist图分为三个部分，对应的高频区域的圆弧归结为与锂离子通过活性材料颗粒表面SEI膜扩散迁移有关；中频区域内的半圆归为与与活性材料颗粒和导体界面的肖特基接触有关；而低频区域的圆弧则应当归与电荷传递过程有关。谢谢！请各位老师批评、指正！