论文总字数：17541字

摘 要

近几年由于能源的消耗，人们开始寻求新的可再生的绿色能源，从可持续发展的战略高度来看，利用地球储量更丰富的元素，发展低成本、高安全和长循环寿命的化学电源体系势在必行。

本实验研究的是多离子电池中的铝离子电池。本实验采用以层状氯氧化物（VOCl）为正极，将1-乙基-3-甲基咪唑氯化物（[EMIm]Cl）与AlCl₃以相应的摩尔比进行混合得到的离子液体作为电解液，采用纯度为99.999%的高纯铝箔为负极，组装成Swagelok电池，对其进行相关电化学测试，来探讨基于Al传输的层状氯氧化物正极材料电池的电化学特性。在实验中，我们研究出了一种基于铝离子传输的采用层状氯氧化物作为正极材料的铝离子电池。该电池表现出接近1 V的良好稳定的放电电压平台，最后容量稳定在40 mAh/g左右，而库伦效率前几次波动较大，从第十次往后稳定在100%左右。

关键词：氯电池；液相剥离；球磨；晶粒细化

Preparation and electrochemical storage characteristics of VOCl nanosheets with layered structure

Abstract

In recent years, people have begun to seek new renewable green energy due to energy consumption. From the standpoint of sustainable development, we use the more abundant elements of the earth's reserves to develop low-cost, high-safety, long-cycle life chemical power supplies. The system is imperative.

This experiment studied aluminum ion batteries in multi-ion batteries. In this experiment, an ionic liquid obtained by mixing 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride ([EMIm]Cl) and AlCl₃ in a corresponding molar ratio with layered oxychloride (VOCl) as a positive electrode was used as an electrolyte. Using a high-purity aluminum foil with a purity of 99.999% as the negative electrode, assembled into a Swagelok cell and carried out relevant electrochemical tests to discuss the electrochemical characteristics of a layered oxychloride cathode material battery based on Al transport. In the experiment, we developed an aluminum ion battery based on aluminum ion transport using layered oxychloride as cathode material. The battery exhibited a well-stabilized discharge voltage platform close to 1 V, and the final capacity was stabilized at around 40 mAh/g, while the Coulomb efficiency fluctuates greatly in the previous several times, stabilizing at around 100% from the tenth time.

Key words: Chloride battery; liquid phase peeling; ball milling; grain refinement

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1研究背景 1

1.2电池的分类及概况 1

1.2.1锂电池 1

1.2.2钠电池 2

1.2.3氯电池 2

1.2.4铝电池 3

1.3国内外研究现状 4

1.3.1国外研究现状 4

1.3.2国内研究现状 6

1.4本课题要研究的问题和拟采用的手段 7

第二章 实验材料及方法 8

2.1实验环境及设备仪器 8

2.2实验目的及任务 8

2.3实验方法 9

2.3.1正极材料的选用及制备 9

2.3.2负极材料 10

2.3.3电解液 10

2.3.4电池的组装 11

2.4预期得到的实验结果 11

第三章 实验结果与分析 12

3.1 XRD测试及表征 12

3.1.1液相剥离结果XRD表征 12

3.1.2球磨后的XRD表征 13

3.1.3充放电过程中的XRD表征 14

3.2电化学窗口测试 14

3.3循环性能测试 16

第四章 结论与展望 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 文献综述

1.1研究背景

过去几十年来，化石燃料的不断消耗，温室气体的快速排放和PM2.5的突然增加引起了广泛关注^[1]。化石燃料的使用导致了严重的环境污染，现有的传统能源体系已经不能适应现代工业，农业和经济发展的需要。这让人们意识到，我们应该重视建立能源供应体系^[2]，以确保经济持续增长和改善环境。铅酸、锂离子二次电池等一些电池都是我们生活中常见的一些电池，这些电池对我们来说虽然用着非常的方便，但是也有许多污染。另外，由于锂金属以及一些常用金属的大量消耗，生产一些常用电池的成本也在极快地升高。如今清洁和可再生新能源的发展变得尤为重要和关键^[3]。因此，开发更先进的储能材料和装置势在必行。从可持续发展的战略高度来看，利用地球储量更丰富的元素，发展低成本，高安全，循环周期长的化学电源系统势在必行。与锂相比，地壳中的钠和镁更丰富^[4]。因此，两种基于钠或镁的电池已成为新的研究重点。而且，因为钠离子有许多地方的化学性质与锂离子非常的相似，当研究者们研究钠离子电池是可以大量地借鉴锂离子电池的发展技术。所以，人们对于开发钠离子电池展示了极大的关注和充满了希望。但是钠离子电池和镁离子电池的容量和循环性能都远低于预期，更不用说与锂离子电池形成有效竞争。最近，多价金属离子在内部传输的铝离子电池已经被初步研究。由于其成本低，操作简单，安全性高，铝离子电池展现出了良好的前景。

1.2电池的分类及概况

1.2.1锂电池

锂元素是地球上最轻的固体元素，锂的密度仅为 0.534 g cm^-3（20 ℃），锂元素是我们目前所知道的电位属于最负的金属元素，另外，锂元素的电极电位为-3.045 V，理论上锂元素的比容量可以达到 3861 m Ah g^-1，相比较铅的 260 m Ah g^-1 和镉的 480 m Ah g^-1远远高于它们。锂具有交换电流密度大、高电压、高效率、极化小、等优点，所以选择锂用作电池的材料不仅可以获得较高的电动势而且还能获得较高的能量密度^[5]。我们应该都知道，锂电池大概分为以锂为负极的电池，或者以含有锂的化合物为正极的电池。

常见的锂离子电池，如手机电池、遥控器电池以及电动玩具电池等。不过锂离子电池大概能够分为锂一次电池和锂二次电池。现在，电动汽车行业已经实现了产业化规模化，他们把锂离子电池作为动力系统，将锂离子电池充分地运用在了电动汽车行业，极大地推动了锂离子电池的发展。但是，如果我们要想研制出具有很大的充电电流并且容量极大的动力电池，我们就必须攻克一个重大难题，那就是电池的尺寸与成本的限制。所以到现在为止，虽然我们已经研制出了锂离子动力电池，但是由于性能不是很突出，导致锂离子动力电池并没有在市场上引起很大的反响，也没有办法让消费者保持足够兴趣。除此之外，限制锂离子动力电池发展的另一个重大因素就是锂离子动力电池的充电速率太过缓慢。

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