新型镁基二次电池的设计与电化学性质研究

发布时间：2020-07-26 14:26

【摘要】：镁离子电池具有价格低廉、安全性好、能量密度高等优点,是最有发展前景的新型储能电池技术之一,但是镁离子电池较低的倍率性能和循环稳定性限制了它们在储能电池中的实际应用。为了解决上述问题,本论文采用具有层状结构的过渡金属氧化物和硫化物分别构建了镁离子电池、锂镁双盐电池和钠镁双盐电池。采用第一性原理计算和多种实验手段对上述镁基二次电池的电化学性能进行了表征,分析了它们的电化学反应机理。通过系统的研究,揭示了Ti O2-B纳米线在镁离子电池中的表面镁离子存储反应机制,阐明了Ti O2-B纳米线在锂镁双盐电池中的锂离子赝电容存储机制,发现了基于原位扩层作用的过渡金属硫化物镁基双盐电池材料,构建了基于二维过渡金属硫化物的高性能钠镁双盐二次电池。上述工作为揭示不同镁基二次电池体系的电化学反应原理提供了可靠的理论依据,并为镁基二次电池电化学性能的改进提供了可行的技术方案。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM912
【图文】：

、充放电效率高、不易生成枝晶、安全性好。这种双池和镁离子电池各自的优势，可以进行高效、快速、稳电池的启发，考虑到钠在自然界的含量更为丰富并且有相似性，人们也逐步对钠镁双盐电池（Na+/Mg2+d研究。电池的构造和基本工作原理池的构造与锂离子电池相似[6, 7]，主要是由正极材料及电池壳构成，如图 1.1 所示。在放电过程中，电料一侧进行存储，金属镁负极将溶出 Mg2+离子进入正极一侧 Mg2+离子从材料中脱出进入电解液，电解属镁负极一侧，如图 1.2 所示。

图 1.2 镁离子电池工作原理示意图igure 1.2 Scheme of the operation principles of MIB ce池研究进展 20 年里，人们对镁离子电池的新型电解质和正极材[4, 8-18]，推动了镁离子电池的发展。池电解液研究进展影响可充电电池性能的关键因素，而开发一种既可以又不会在电化学反应过程中产生钝化层的电解液一所做的工作中的重要挑战之一[19-25]。由于极性非质子

在不同倍率下首次及第二次充放电曲线（a）和 0.1 C 倍性能及库伦效率（b）a) Charge discharge curves of the first and second cycles at cycling performance and coulombic efficiency at a 0.1 C rat离子电池各种过渡金属硫化物正极材料的研究当中，最。由于材料结构的特殊性，减弱了离子捕获效应[8]，使得保持率。在 APC 电解液体系下，该材料可以获得 100 m放电电压为 1.0 V[47]。此后人们对改进该材料的电化学性ha 等人通过改变合成方法制备了 1 1.5μm 的 Mo6S8立方率性能[48]。Woo 等人制备了 CuxMo6S8材料，由于 Mg2+离之间的相互作用使得该材料的电化学性能有明显提升，08 mAh g 1的可逆比容量[49]。

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