隨著社會(huì)的發(fā)展,人們對(duì)能源的需求與日俱增。傳統(tǒng)能源因儲(chǔ)量有限且易造成環(huán)境污染,正在逐步被其它清潔能源替代。鋰離子電池以其能量密度大、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)從眾多新型能源中脫穎而出。負(fù)極材料是鋰離子電池的重要組成部分,在很大程度上決定了電池的整體性能。然而,傳統(tǒng)的商用鋰離子電池負(fù)極材料受制于其理論比容量低的缺點(diǎn),越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今的使用需求。金屬氧化物作為一類(lèi)新型鋰離子電池負(fù)極材料,因其具有許多優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。然而,這類(lèi)材料在充放電過(guò)程中存在循環(huán)穩(wěn)定性差和導(dǎo)電性差的問(wèn)題。因此,構(gòu)筑高性能的金屬氧化物負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池的應(yīng)用發(fā)展具有重要意義。本論文主要對(duì)Fe2TiO5材料的組成、微觀(guān)結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,并且探究了其電化學(xué)性能和儲(chǔ)鋰機(jī)制。（1）利用溶劑熱法,制備出了 Fe2TiO5納米顆粒、Fe2TiO5/TiO2和Fe2TiO5/Fe2O3混合物,探究不同組成對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)性能影響。研究發(fā)現(xiàn),在100 mA g-1的電流密度下,循環(huán)200次后,Fe2TiO5納米顆粒的可逆比容量為810.4 mAh g-1,高于 Fe2TiO5/TiO2（340.8 mAh g-1）和 Fe2TiO5... 

【文章來(lái)源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池的工作原理示意圖[13]

緱婺ぃ?（5）鋰離子能夠快速的擴(kuò)散，從而提升電池的快速充放電能力；（6）所制備的電池能夠安全使用，不易出現(xiàn)燃燒、爆炸等危險(xiǎn)；（7）材料儲(chǔ)量豐富、成本低、制備工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境污染校目前，鋰離子電池負(fù)極材料主要分類(lèi)有：（1）以插入反應(yīng)機(jī)制為主的材料：碳材料、TiO2以及Li4Ti5O12等。碳材料由于穩(wěn)定性好、儲(chǔ)量豐富以及在作為鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能而被認(rèn)為是最適合作鋰離子電池的負(fù)極材料。碳材料的結(jié)構(gòu)主要有兩種，一種是具有三維有序晶體結(jié)構(gòu)的石墨，另一種是由石墨晶片無(wú)規(guī)堆積形成的無(wú)定形碳。圖1.2是石墨和無(wú)定形碳的結(jié)構(gòu)圖[17]。作為負(fù)極材料，石墨化碳材料具有結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好的特點(diǎn)，并且碳材料在使用中嵌鋰電位低于0.25V（相對(duì)于Li/Li+電位），能夠?yàn)殇囯x子電池的使用提供高而平穩(wěn)的工作電壓[18-20]。圖1.2石墨和無(wú)定形碳的結(jié)構(gòu)示意圖[17]。目前石墨化碳材料的應(yīng)用在商業(yè)型鋰離子電池中雖占主流，不過(guò)因其對(duì)電解液敏感、與溶劑相容性差以及在電極循環(huán)中易出現(xiàn)晶格膨脹等問(wèn)題，限制了其的進(jìn)一步發(fā)展。嵌鋰型金屬氧化物，如Li4Ti5O12（該材料被稱(chēng)為“零應(yīng)變”電極材料），在鋰離子嵌入和脫出的過(guò)程中，只發(fā)生材料結(jié)構(gòu)的變化，而不會(huì)產(chǎn)生其他物質(zhì)。這類(lèi)電極材料具有電位較低，循環(huán)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)同樣明顯，即理論比容量較低。（2）以鋰合金化反應(yīng)機(jī)制為主的錫基（Cu6Sn5、NiSn）、鋁基（Al5Fe2、Al2Cu、Al4Mn）、銻基（SnSb、Cu2Sb）、硅基（SnSi、ZnSi、AgSi、Mg2Si）等材料。合金化型負(fù)極材料包括能與金屬鋰發(fā)生合金化反應(yīng)的金屬及其合金、中間相化合物及復(fù)合物。這些材料充放電的機(jī)理本質(zhì)為合金化及逆合金化的反應(yīng)。鋰金屬能與許多金屬在常溫下就發(fā)生反應(yīng)（如Sn、Al、Sb、Zn和In等），由于這些金屬

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文6度較大，因此合金化型負(fù)極材料的理論體積比容量較大[21,22]。例如Sn的理論比容量為994mAhg-1，Al的理論比容量為2234mAhg-1。合金化型負(fù)極材料的理論比容量通常是碳材料的2~10倍，并且其電荷密度遠(yuǎn)高于其他型負(fù)極材料。除此之外，合金化型負(fù)極材料的嵌鋰電位較高，在充放電時(shí)不會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶，所以其使用安全。另外，合金化型負(fù)極材料還具有導(dǎo)電性能好、易加工以及反應(yīng)時(shí)無(wú)溶劑共插入等優(yōu)點(diǎn)。然而，在充放電時(shí)會(huì)發(fā)生的嚴(yán)重體積變化是阻礙合金化型負(fù)極材料推廣的最大問(wèn)題。目前為解決合金化型負(fù)極材料體積變化的問(wèn)題，主要采取以下幾種方式：其一，減小合金化型負(fù)極材料的尺寸；其二，引入非活性成分或緩沖層；其三，使用相應(yīng)的金屬氧化物[23-25]。（3）以轉(zhuǎn)化型為主的過(guò)渡金屬化合物：SnO2、Fe2O3、CoO、Zn3V3O8等。轉(zhuǎn)化型材料包括過(guò)渡族金屬氧化物、氮化物、磷化物、硫化物以及氟化物。這些材料通常具有較高的容量。然而在這類(lèi)材料的結(jié)構(gòu)中沒(méi)有鋰離子自由脫/嵌的通道，循環(huán)過(guò)程中能數(shù)次生成和分解Li2O以及其對(duì)應(yīng)的金屬單質(zhì)[28,29]。過(guò)渡金屬氧化物材料具有良好的可逆性，其反應(yīng)機(jī)理如下[30]：MiM2ye2yLOOyLxi2yx公式1-(4)其中，M代表Mn、Fe、Cr、Co、Ni等金屬元素。圖1.3為轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料的反應(yīng)機(jī)理示意圖[2]。圖1.3轉(zhuǎn)化型負(fù)極材料反應(yīng)機(jī)理示意圖[2]。盡管過(guò)渡族金屬氧化物具有比容量高、價(jià)格低廉以及產(chǎn)量豐富的優(yōu)勢(shì)，但其在應(yīng)用中還存在導(dǎo)電性和循環(huán)穩(wěn)定性較差的問(wèn)題。圖1.4為目前常見(jiàn)的鋰離子電池正負(fù)極的材料及其電位和容量的比較[2]�？梢钥�

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
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碩士論文
[1]鐵基氧化物微納結(jié)構(gòu)的可控制備、微觀(guān)結(jié)構(gòu)及其儲(chǔ)鋰性能研究[D]. 劉歡慶.青島大學(xué) 2019
[2]錳基雙金屬氧化物的可控制備、微觀(guān)結(jié)構(gòu)及其儲(chǔ)鋰性能研究[D]. 鄒佳佳.青島大學(xué) 2019
[3]納米金屬氧化物基鋰離子電池負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能的研究[D]. 王申雨.山東大學(xué) 2018
[4]金屬氧化物微納結(jié)構(gòu)的可控制備、微觀(guān)結(jié)構(gòu)及其儲(chǔ)鋰性能研究[D]. 辛拓.青島大學(xué) 2018
[5]電子束輻照下NaCl和KCl分解過(guò)程的原位TEM研究[D]. 周建軍.東南大學(xué) 2016



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