钛基一维纳米结构阵列的电化学储能研究

发布时间：2021-10-23 03:38

　　随着人类社会对能源需求的不断增加,能源储存装置发挥着越来越重要的作用。锂离子电池是一种高效环保的电化学储能装置,具有工作电压高、能量密度大和使用寿命长等优点,已经在便携式电子设备、电动汽车和新能源储存系统中得到广泛应用。当前,石墨是主要的锂离子电池负极材料,其在充放电过程中容易形成锂枝晶,造成严重的安全问题。此外,石墨的电化学性能难以得到进一步提升,已经不能满足高能量和功率密度电池的需求。近年来,随着锂离子电池的大规模使用,锂资源的消耗不断增加,导致锂的价格不断攀升。钠和锂拥有类似的物理化学性质,其资源更加丰富且分布更为广泛,因此钠离子电池被认为是继锂离子电池之后有可能实现产业化的储能装置,尤其是在大规模储能系统中具有广阔的应用前景。然而,Na⁺的半径（1.02?）大于Li⁺的半径（0.76?）,导致许多储锂性能优越的负极材料难以实现比较理想的储钠性能。因此,研究和开发高效的负极材料对于锂/钠离子电池而言具有十分重要的意义。钛基材料具有良好的储锂/钠能力,同时存在结构稳定性好、安全性高、资源丰富和环境友好等优点,受到了广泛的关注和研究。然而,... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

锂离子电池的构成(a)和工作原理图(b)

其反应过程见图1-2[4]。脱嵌反应的优点是电化学循环稳定性好，但是也存在比容量低的缺陷。目前商业化石墨碳材料是一类典型的脱嵌反应负极材料，其锂的最大嵌入量为 372 mAh

主要研究内容。α-Fe2O3和 MgFe2O4能够嵌入锂离子形成 LixFe2O3和 LixMgFe2O4(x 0.5)，然而锂离子却无法嵌入到 Al2O3和 MgAl2O4[41, 42]。除了上述材料之外，能够发生脱嵌反应的材料还包括 Li4Ti5O12、MgTi2O5、LiTiNbO5和 TiNb2O7等含 Ti 的多元金属氧化物[43-45]，Nb、V 和 Mo 的氧化物等[46-48]。Li4Ti5O12是一种十分重要的负极材料，其尖晶石晶体结构中具有可供锂离子扩散的三维通道，拥有突出的循环稳定性和良好的安全性，理论容量为 175 mAh g 1。在锂离子嵌入过程中，Li4Ti5O12的晶胞参数 a 变化很小，仅从 0.836 nm 增加到 0.837 nm，从而确保了其十分突出的循环稳定性，因此 Li4Ti5O12也被称为“零应变”电极材料[45]。除了以上特点之外，Li4Ti5O1的放电非常平稳，平均电压平台在 1.56 V，并且其锂离子扩散系数为 2 ×10 8cm2s 1比碳负极材料高一个数量级。虽然 Li4Ti5O12具有上述多种优点，但是其实际应用仍然受到比容量低和电导率差等不利因素的困扰。（2）合金反应

【参考文献】：
博士论文
[1]微纳结构及缺陷二氧化钛包覆层对锂/钠二次电池负极材料的改性研究[D]. 王娜娜.山东大学 2016

硕士论文
[1]LiMn2O4形貌和尺寸的可控制备及其与电性能的关系研究[D]. 郭永林.武汉理工大学 2012



本文编号：3452396