钛基纳米结构高性能储能材料的研究

发布时间：2021-06-12 01:24

　　近年来,钛基纳米结构负极材料因其稳定的结构和较好的安全性等优点被学者们广泛关注。然而,二氧化钛和钛酸锂等传统钛基纳米材料依然存在有待进一步解决的关键科学问题,如质量比容量相对较低、体积比容量低、材料导电性和电池倍率性能较差等问题。提高电极材料的振实密度是提升电池的体积能量密度的重要手段之一,也是该材料大规模商业化应用的决定性因素之一。但是高振实密度负极材料通常存在尺寸大、比表面积小的缺点,这不利于离子和电子的快速迁移和电解液的充分浸润,难以在获得高能量密度的同时实现高功率密度,并保持较长循环寿命。本论文针对上述传统钛基纳米材料面临的容量小、振实密度低、倍率性能差的关键制约问题,提出开发高振实密度钛基双金属化合物作为前驱体,通过合理调控二次结晶过程,在二次颗粒中引入丰富的晶界和孔结构,成功开发了高容量、高倍率、高振实密度的NiTiO₃和CoTiO₃负极材料,较好地解决上述关键问题,实现了高倍率长寿命与高振实密度之间的平衡,为新一代长寿命高功率、高能量密度锂离子电池和钠离子电池电极材料的发展提供了重要参考。具体研究成果如下:（1）通过优化自组装过... 

【文章来源】：南京邮电大学江苏省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

二十年来锂离子电池的需求示意图

图 1.2 锂离子工作原理示意图[11]池正极材料电池已占据了广阔的消费市场，其能量密度和功率密度仍不足以。正负极材料作为电池的关键组成部分，直接影响着电池的优劣能和长循环寿命的正负极材料至关重要。电极材料应满足导电性无毒、可以储存 Li+的特点。根据材料的内在特征和反应机理，镍/锂锰氧化物以及聚阴离子型）和三类负极材料（嵌入型、合金种类又可分为无机、复合、聚合物三大类材料，其中无机材料分为无机复合氧化物和多阴离子材料，具体如图 1.3 所示。下料：正极材料

锂具有的高比容量（3860mAhg-1）、低密度（0.59gcm-3）和低电化学势（极）[38]，是一种非常理想的锂电池负极材料。目前锂离子电池的理论比能若将锂离子电池的负极更换为金属锂，就可以获得 440Whkg-1的比能量，空气电池则能够分别达到 650 Wh kg-1和 950 Wh kg-1的比能量[39-41]。如果离子电池的负极材料，需要克服安全隐患和循环寿命短这两大难题[42]。金题是锂枝晶生长的问题，在不断的充放电过程中，局部极化导致锂表面生长生长到一定程度时就会穿透隔膜到达正极，造成电池内部短路，从而引发图 1.4 所示，如果锂枝晶发生断裂，就会形成“死锂”，致使电池容量损失属锂负极实用化的最大障碍，大量的研究工作致力于寻找合适的负极材料现避免了枝晶问题，但在循环过程中体积变化较大，导致电极材料逐渐粉衰减；碳负极的成功应用诞生了商业化锂离子电池。此后，大量的碳材料料得到研究和开发。


本文编号：3225667