鋰離子電池在能源存儲領(lǐng)域具有極為廣泛的應(yīng)用前景。近年來,金屬氮化物在電化學(xué)儲能方面的應(yīng)用受到越來越多的重視。作為第三代半導(dǎo)體材料,氮化鎵（GaN）的應(yīng)用目前主要集中在發(fā)光器件、激光探測及極端條件電子器件等軍事領(lǐng)域。雖然GaN具有良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性,但是由于其放電比容量相對較低,使之在能源存儲方面的應(yīng)用研究相對較少。因此,在保證循環(huán)穩(wěn)定性的前提下如何提高GaN的放電容量成為目前研究的重點。本論文通過缺陷引入、碳基高導(dǎo)電材料的復(fù)合以及形貌調(diào)控等手段實現(xiàn)GaN材料儲鋰性能的提升。在此基礎(chǔ)上,深入研究了 GaN做鋰離子電池負極材料的儲鋰機理和贗電容儲鋰特性,這將為以GaN為代表的第三代半導(dǎo)體材料在電化學(xué)儲鋰性能方面的應(yīng)用提供新思路。具體研究內(nèi)容如下:1、采用直接氨化法制備GaN納米顆粒,通過延長氨化時間得到缺陷豐富的GaN納米顆粒,并對其電化學(xué)性能進行研究。HRTEM直接觀測到GaN外層無定型層的存在,UV-vis測試表明缺陷導(dǎo)致GaN帶隙變窄,XAFS和Raman測試直接表明了缺陷的存在。理論計算結(jié)果表明,缺陷的存在導(dǎo)致GaN費米能級處引入缺陷能級,EIS結(jié)果說明缺陷增強了 GaN納米顆... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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圖１－１非水系有機電解質(zhì)涅離子電池裝置圖及充放電原理示意圖ｗ

離子的＾軌道。而為了保證窩的輸出電壓和容量，過渡金屬離子需要有較髙的電??勢來實現(xiàn)電子在ｄ軌道上的轉(zhuǎn)移。由過渡金屬離子電勢與ｄ軌道電子數(shù)的關(guān)系圖??（圖１－２）可Ｗ看出，過渡金屬離子電勢與ｄ軌道電子數(shù)正相關(guān)。??層狀化合物！＾＾蘭方晶系的０（：〇化為例，化＿尤〇〇２的實際電壓限于４．０￥?（０??＜?Ｘ?＜?０．５），因此Ｌｉｉ＿ｘＣｏ〇２的實際可用充放電容量只有其理論容量（２７４?ｍＡｈ?ｇ－ｉ）??的５０￣６０％?（１４０?ｍＡｈ?ｇ＾）左右Ｗ。充放電過程中，裡離子沿其與巧離子交替排??列的（１１１）晶面進行脫嵌ｔｎｉ。雖然提高充電電壓的上限可實現(xiàn)ＬｉＣｏ〇２充放??電容量的提升，但是深度放電會導(dǎo)致ＬｉＣｏ〇２的不可逆相變，同時會導(dǎo)致容量的??快速衰減ｔＷ。當電壓繼續(xù)升高時（大于４．４?Ｖ）會導(dǎo)致ＬｉＣｏ〇２結(jié)構(gòu)的破壞，極??大縮減裡電池的使用壽命ｔＷ。此外，鉆礦資源的稀缺導(dǎo)致ＬｉＣｏ化的價格較高，??所Ｗ實用層面，ＬｉＮｉｉ／３Ｍｎｉ０Ｃ〇ｉ／３〇２等多元層狀化合物有取代ＬｉＣｏ〇２的趨勢ｔＷ。??尖晶石結(jié)構(gòu)化合物ＷＬｉＭｒｉ２〇４?（理論容量為１４８ｍＡｈｇ－ｉ）為例

Ｆｉｇｕｒｅ．?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒ＾ａｍｓ?ｏｆ?ｗｕｒｔｚｉ化?ＧａＮ?ａｎｄ?ｚｉｎｃ?ｂｌｅｎｄｅ?ＧａＮ?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??但其只存在于極端高壓的環(huán)境中，因此自然界中無法觀測到巖鹽曠結(jié)構(gòu)的ＧａＮ。??結(jié)合表１．１和圖１－６可知，雖然兩種結(jié)構(gòu)的ＧａＮ都是正四面體排列，但是它們原??子堆疊方式不同Ｗ及對稱性的不同，導(dǎo)致兩種結(jié)構(gòu)ＧａＮ在物化性質(zhì)方面有較大??差距。本文Ｗ六方纖鋒礦結(jié)構(gòu)ＧａＮ為主要研究對象，從材料制備、形貌調(diào)控、??電化學(xué)性質(zhì)應(yīng)用Ｗ及儲裡機制等方面進行研究和分析。??１．６．２?ＧａＮ材料在能量轉(zhuǎn)化與存儲方面的應(yīng)用??六方ＧａＮ在各種大功率光電子器件及高頻微波器件方面的應(yīng)用早在上世紀??六千年代就己經(jīng)開始，而六方ＧａＮ在光電化學(xué)方面的應(yīng)用起步較晚??－２．０?—］?Ｎ?哈？?〇?ｎ??Ｑ?Ｎ?〇?＾?巧?Ｃ／）?ｒｏ?義??Ｓ－１．〇－?Ｓ?ＩＴ督冷?Ｉ?５。。等?Ｗ？Ｓ?—??妄。＇０—?Ｉ?Ｊ?Ｊ；?Ｊ?１?＾＂＾＾２??Ｚ?Ｉ?？???Ｌ－＂｜…貨…Ｊ：－…巳?Ｉ?Ｈ２０／０２??５?２．０－?１?導(dǎo)卡－丫－．?Ｓ?３?１?＾?。??＞?３０－笑。ｉ?１?３?ｒ??九?Ｕ?ＣＮ＾?Ｏ?００??ＣＯ?ＣＯ?ｃｖｉ??４．０」ｆ??ｌＯ??圖１－７?ＧａＮ和其他常用催化劑的導(dǎo)帶和價帶位置與水的氧化還原電位比較圖ＩＷ。??Ｆｉｇｕｒｅ．?１－７?Ｂａｎｄ?呂ａｐｓ?ａｎｄ?ｂａｎｄ?ｅｄｇｅ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ＧａＮ?ａｎｄ?０化ｅｒ?ｃｏｍｍｏｎｌｙ?ｕｓｅｄ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ??ｗｉｔｈ


本文編號：3480499