钌基层状正极材料的结构属性与电化学储能性质的研究
发布时间：2020-10-09 22:10
钌基层状正极材料Li_2RuO_3具有超过300 m A h g-1的比容量,异于传统富锂材料的充放电机理。因此,被认为是高比容量锂离子电池正极材料的有力竞争者。但是,对Li_2RuO_3材料晶体结构,充放电过程中的相变过程,以及离子掺杂对于材料结构与电化学性质的影响等问题的认识还需要深入研究。本论文首先利用原位同步辐射测试,分析了Li_2RuO_3材料在充放电过程中的结构演变过程,提出相变模型,并讨论了影响Li_2RuO_3材料电化学性质的因素。随后,采用Ti4+离子对Li_2RuO_3材料在过渡金属位置进行掺杂改性。我们不仅再次印证了阴离子氧化还原过程,还通过Ti4+离子的掺杂稳定了材料的晶体结构,提升了循环稳定性。再次,我们首次设计并实现了F-离子在阴离子位置上的掺杂实验。原位同步辐射测试结果显示,F-离子掺杂有利于材料结构稳定性的提高,实现在首次充放电过程中的结构可逆转变。最后,我们把研究领域拓展到了钠离子电池,首次将层状Li_2RuO_3材料作为钠离子电池电极材料来使用。在获得优异电化学性能的同时,提出了Li+/Na+共嵌入的储能机制。本论文主要围绕钌基层状正极材料Li_2RuO_3的结构演变、掺杂对材料的结构与性能的影响、电化学储能机制等研究方向开展系统深入的研究,为开发与设计新型高比容量储能材料与其功能属性的调控奠定了坚实的基础。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：
1.1 柱状电池（a），扣式电池（b），方形电池（c），软包电池（d）示意[17]igure 1.1 The schematic diagram of columnar cell (a)，coin cell (b)，cylindriccell (c) and pouch cell (d)正极材料主要提供锂离子，所以需要正极材料在充放电过程中提供尽可能离子，并保持结构稳定，具有较高的离子、电子电导率和脱嵌锂的电位。料用来储存从正极材料中脱出的锂离子，一般为良好的储锂材料，具备较作电位，稳定的循环性能。电解质主要是锂离子传输的媒介，应该具备较子电导率和稳定性，而且避免与材料发生副反应。隔膜的作用是使正极材极材料分开，防止电池短路，并且应该具备良好的导通离子的特点。集流汇集电流的作用，一般情况下，从导电性能、价格、电位等方面考虑，正使用的集流体为铝箔，负极材料使用的集流体是铜箔。以正极材料为 LiCoO2，负极材料为石墨为例[18]，如图 1.2 所示，锂离子
图 1.3 LiMn2O4晶体结构示意图Figure 1.3 Crystal structure of LiMn2O4榄石结构材料结构材料，以 LiFePO4为例，LiFePO4由于其极高的热稳定性廉的价格被认为是最具有潜能的动力电池正极材料[28-34]。LiF图 1.4 所示，Li+和 Fe2+与 O2-形成 LiO6、FeO6八面体结构，面体。由于 P-O 强共价键的作用，在充放电过程中使得 O2-不热稳定性良好。然而 LiFePO4材料的缺点也十分明显：反应电压较低，如表 1.1 所示，LiFePO4材料的平均电压只有 应用前景的正极材料中几乎是最低的，直接导致电池能量密LiFePO4材料只能为锂离子传输提供 1-D 通道，在充放电过程010）方向传输，大大降低了传输速度，导致材料的动力学性
图 1.4 LiFePO4晶体结构示意图[46]Figure 1.4 Crystal structure of LiFePO4状材料型的层状材料可以用分子式 LiMO2表示，M 通常为具有电化，例如 Co、Ni、Mn，也可以采用不具有电化学活性的 Al、M性。过渡金属与氧原子形成 MO6八面体，M 位于八面体中心离子层交错形成二维层状结构。材料具有如下优势：首先，层状材料可以为锂离子提供 2-D 传锂离子进行快速传输；其次，层状结构材料具有更高的理论比最后，层状材料密度较大，体积能量较高，具有较高的能量密池的商业化生产也是重要因素[47-48]。表 1.1 中列举了具有代表
本文编号：2834267
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：
1.1 柱状电池（a），扣式电池（b），方形电池（c），软包电池（d）示意[17]igure 1.1 The schematic diagram of columnar cell (a)，coin cell (b)，cylindriccell (c) and pouch cell (d)正极材料主要提供锂离子，所以需要正极材料在充放电过程中提供尽可能离子，并保持结构稳定，具有较高的离子、电子电导率和脱嵌锂的电位。料用来储存从正极材料中脱出的锂离子，一般为良好的储锂材料，具备较作电位，稳定的循环性能。电解质主要是锂离子传输的媒介，应该具备较子电导率和稳定性，而且避免与材料发生副反应。隔膜的作用是使正极材极材料分开，防止电池短路，并且应该具备良好的导通离子的特点。集流汇集电流的作用，一般情况下，从导电性能、价格、电位等方面考虑，正使用的集流体为铝箔，负极材料使用的集流体是铜箔。以正极材料为 LiCoO2，负极材料为石墨为例[18]，如图 1.2 所示，锂离子
图 1.3 LiMn2O4晶体结构示意图Figure 1.3 Crystal structure of LiMn2O4榄石结构材料结构材料，以 LiFePO4为例，LiFePO4由于其极高的热稳定性廉的价格被认为是最具有潜能的动力电池正极材料[28-34]。LiF图 1.4 所示，Li+和 Fe2+与 O2-形成 LiO6、FeO6八面体结构，面体。由于 P-O 强共价键的作用，在充放电过程中使得 O2-不热稳定性良好。然而 LiFePO4材料的缺点也十分明显：反应电压较低，如表 1.1 所示，LiFePO4材料的平均电压只有 应用前景的正极材料中几乎是最低的，直接导致电池能量密LiFePO4材料只能为锂离子传输提供 1-D 通道，在充放电过程010）方向传输，大大降低了传输速度，导致材料的动力学性
图 1.4 LiFePO4晶体结构示意图[46]Figure 1.4 Crystal structure of LiFePO4状材料型的层状材料可以用分子式 LiMO2表示，M 通常为具有电化，例如 Co、Ni、Mn，也可以采用不具有电化学活性的 Al、M性。过渡金属与氧原子形成 MO6八面体，M 位于八面体中心离子层交错形成二维层状结构。材料具有如下优势：首先，层状材料可以为锂离子提供 2-D 传锂离子进行快速传输；其次，层状结构材料具有更高的理论比最后，层状材料密度较大，体积能量较高，具有较高的能量密池的商业化生产也是重要因素[47-48]。表 1.1 中列举了具有代表
【参考文献】
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1 王文俊;赵宏滨;袁安保;方建慧;徐甲强;;水热-溶胶-凝胶法合成多壁碳纳米管-Na_3V_2(PO_4)_3复合物及其作为锂离子电池正极材料的性能（英文）[J];物理化学学报;2014年06期
本文编号：2834267
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