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摘 要

锂离子电池已经广泛的应用于便携式电子设备，并且被认为是新能源汽车和智能电网最具有潜力的电源。然而，它在新能源汽车以及电网中的应用，受到昂贵的电极材料和电池能量密度的限制。因此，我们迫切需要开发一种价格更加低廉，更加安全，高能量和高的能量密度的电极材料。最近，普鲁士蓝类化合物由于其独特的结构吸引了人们的注意力。普鲁士蓝类化合物很早就应用于储氢、燃料电池中并且由于具有开阔的骨架结构能够使碱金属离子进行快速脱出和嵌入而被用作锂离子电池的电极材料。本文主要采用不同的合成方法制备了几种普鲁士蓝化合物，并且研究了其储锂性能。本文主要是为了探索锂离子电池新的负极材料体系。

关键词：锂离子电池 普鲁士蓝类化合物 高倍率性能 长循环稳定性Polymetallic Prussian blue compounds preparation and electrochemical performance of li-ion battery cathode materials research

ABSTRACT

Lithium-ion battery (LIBs) have been widely used in protable electronic devices and have been regarded as the most promising power sources for electric vehicles (Evs). Nevertheless, their application to eletric vehicle is hindered by the price of the electrode material and energy density. There is an urgent need for the development of lower cost, safer, higher power, and higher energu content batteries. Prussian blue analogues posses full open framework crystal structure which allows insertion of various kinds of ions and moledules, such unipue property makes it very attractive in the field of hydrogen, fuel cell and Li-ion battery. In this context, three different processes have been carried out to synthesize prussian blue analogues and lithum shortage of prussian blue analogues is tested. We are amed at exploring new cathode materials for lithum ion batteries.

Keywords: Lithium ion batteries；Prussian blue analogue；High rate performance；Long cycle stability

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 锂离子电池的简介 1

1.3 锂离子电池的关键材料概述 3

1.3.1 正极材料 3

1.3.2 锂离子电池电解质和隔膜 4

1.3.3 锂离子电池负极材料 4

1.4 本文研究背景以及研究内容 8

1.4.1 研究背景 8

1.4.2 普鲁士蓝类化合物的介绍 8

1.4.3 研究内容 12

第二章 实验方法 13

2.1 前言 13

2.2 主要实验试剂和实验设备 13

2.2.1 实验试剂 13

2.2.2 实验设备 14

2.3 微观结构表征 15

2.3.1 X射线衍射分析 15

2.3.2 SEM/ FE-SEM分析 15

2.3.3 TEM分析 15

2.3.4 X射线光电子能谱分析 16

2.4 其它分析与测试方法 16

2.4.1 热重分析（TG） 16

2.4.2 傅立叶变换红外吸收光谱（FT-IR） 16

2.5 电化学测试技术 16

2.5.1 电极的制备与2032型电池的组装 16

2.5.2 电极材料循环伏安测试 17

2.5.3 电极材料充放电性能测试 18

2.5.4 电化学阻抗谱测量 18

第三章 微通道反应器制备纳米普鲁士蓝类负极材料 19

3.1 引言 19

3.2 微通道反应器制备普鲁士蓝类化合物 19

3.2.1 实验内容 19

3.2.2 实验结果与分析 20

3.3 固溶体的制备 26

3.3.1 实验内容 26

3.3.2 实验结果与分析 27

3.4本章小结 30

第四章 共沉淀法制备纳米Co_0.25Mn_1.25[Fe(CN)₆] 32

4.1 引言 32

4.2 实验部分 32

4.2.1 材料的制备 32

4.2.2 电池的制备与组装 32

4.3 实验结果与分析 33

4.3.1 材料的物相与形貌分析 33

4.3.2 材料的电化学性能分析 36

4.4本章小结 40

第五章 总结与展望 41

5.1 总结 41

5.2 展望 41

参考文献 43

致谢 46

第一章 绪论

1.1 前言

现代社会的发展离不开能源的发展，能源对社会的作用越来越重要。随着社会的发展，人们对化石燃料的依赖越来越重，化石燃料在使用过程中会排放出一些对环境造成污染的有害物质，严重污染了人类的生存环境。可持续发展必须要满足现代社会的需求，同时要保证下一代发展的需要，实现长久稳定的发展。所以我们在建设新能源的过程中，要重视能源的可再生性能和安全无污染性能，对环境不能造成破坏。

可再生清洁能源包括风能，太阳能，潮汐能、地热能等，这些能源将成为未来的主要能源来源。然而，这些能源的输出有着间歇性和不稳定性的特点，因此，很难直接在智能电网中应用；同时受到地理位置的限制，不易传输^[1]。随着新能源汽车和智能电网的推广，其应用的储能与动力电池成为人们研究的方向。

锂离子电池以其低成本，高能量密度，高电压，轻型化，使用温度宽且循环寿命长，安全性能好等优点而成为全新的绿色能源被人们所关注和研究，具有光明的市场前景，成为发展最快的新型蓄电池^[2]。

1.2 锂离子电池的简介

锂离子电池是上世界九十年代被开发成功的，它是一种新型高能电池。它建立在锂二次电池的基础上，是一种锂离子嵌入式的电池。锂二次电池的中心理论是阿曼德(Armand)在1980年提出的“摇椅式电池”(Rocjing Chair Batteries，RCB)概念，利用能够嵌入锂离子的化合物代替锂二次电池中的金属锂负极^[3]。

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