储能系统大容量鲤离子电池材料性能研究与设计
随着当今社会和科技的发展，化石能源越来越匮乏，清洁可再生能源的开发利用得到极大的关注，水力发电、光伏发电、风力发电和核电等清洁能源发电成为分布式电网的重要组成部分。电力系统的负荷具有即时性，负荷峰谷差值也不断增大，电网需要调峰来满足用户的电力需求。锂离子电池以其输出电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电少和环境污染小等特点成为目前应用于消费电子、动力装置等领域最广泛的电源装置之一，在电力系统领域也展现了极高的应用价值。高能量密度和高循环效率锂离子电池的可靠安全性对其广泛应用具有重要意义。在锂电池热管理问题上，除了利用热传导来排除反应放热或环境传热外，还可以通过调整电极材料的热膨胀特性来调节电极材料的应力调节，降低由于普遍存在的严重热而产生的爆炸风险。具有负热膨胀(NTE)特性的材料可以有效减轻电极材料的应力，本文以负膨胀材料ZrV2O7和用Fe3+/Mo6+双离子取代ZrV2O7中Zr4+/V5+的Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7材料作为锂离子电池的电极材料，对其电化学性能进行研究。 (1 )采用固相烧结法制备了ZrV2O7，采用简单快速的微波烧结法制备了ZrV2O7@C。研究发现，半电池开路电压与标准电极电位、离子扩散和电子导电性有关。较低的电阻可以提高电极的性能和循环稳定性，这意味着循环后内电阻降低，电极接触良好。低电导率导致高开路电压，但是电导率低也会导致电池循环稳定性下降。ZrV2O7的第一次放电和充电容量分别为279mAh?g-1和204mAh?g-1。碳含量对容量的影响不是线性的，ZrV2O7@C的第二次放电容量分别为206mAh?g-1、112mAh?g-1和140mAh?g-1，对应的碳含量分别为3%、5%和9%。 (2)Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7是一种具有潜在半导体器件应用的近零热膨胀材料。研究发现Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7在291K、383K、473K和623K的电导率分别为8.2×10-5S/cm、3.80×10-4S/cm、4.16×10-4S/cm和9.41×10-4S/cm。291–413K下的电导率是线性的，活化能为0.160eV，在533–623K时，活化能为0.233eV，表明Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7的作用类似于半导体材料。从室温增加到413K，热激发导致载流子浓度增加，导致电阻迅速下降。413–533K的电导率不变是由于高散射几率和载流子浓度增加的减慢。在533–623K时，内部热激发导致电导率迅速增加。Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7和Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7@C的第一次充放电容量为2261mAh?g-1和727mAh?g-1，纯Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7材料电池的放电容量高于Zr0.1Fe0.9V1.1Mo0.9O7@C材料电池，这是由于过量碳不贡献容量，导致材料的容量降低。
锂离子电池;储能系统;电极材料;钒酸锆;电化学性能
华北水利水电大学
硕士
动力工程
徐启
2020
中文
TM912
2020-12-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）