釕基層狀正極材料Li_2RuO_3具有超過(guò)300 m A h g-1的比容量,異于傳統(tǒng)富鋰材料的充放電機(jī)理。因此,被認(rèn)為是高比容量鋰離子電池正極材料的有力競(jìng)爭(zhēng)者。但是,對(duì)Li_2RuO_3材料晶體結(jié)構(gòu),充放電過(guò)程中的相變過(guò)程,以及離子摻雜對(duì)于材料結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性質(zhì)的影響等問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還需要深入研究。本論文首先利用原位同步輻射測(cè)試,分析了Li_2RuO_3材料在充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)演變過(guò)程,提出相變模型,并討論了影響Li_2RuO_3材料電化學(xué)性質(zhì)的因素。隨后,采用Ti4+離子對(duì)Li_2RuO_3材料在過(guò)渡金屬位置進(jìn)行摻雜改性。我們不僅再次印證了陰離子氧化還原過(guò)程,還通過(guò)Ti4+離子的摻雜穩(wěn)定了材料的晶體結(jié)構(gòu),提升了循環(huán)穩(wěn)定性。再次,我們首次設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了F-離子在陰離子位置上的摻雜實(shí)驗(yàn)。原位同步輻射測(cè)試結(jié)果顯示,F-離子摻雜有利于材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提高,實(shí)現(xiàn)在首次充放電過(guò)程中的結(jié)構(gòu)可逆轉(zhuǎn)變。最后,我們把研究領(lǐng)域拓展到了鈉離子電池,首次將層狀Li_2RuO_3材料作為鈉離子電池電極材料來(lái)使用。在獲得優(yōu)異電化學(xué)性能的同時(shí),提出了Li+/Na+共嵌入的儲(chǔ)能機(jī)制。本論文主要圍繞釕基層狀正極材料Li_2RuO_3的結(jié)構(gòu)演變、摻雜對(duì)材料的結(jié)構(gòu)與性能的影響、電化學(xué)儲(chǔ)能機(jī)制等研究方向開(kāi)展系統(tǒng)深入的研究,為開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)新型高比容量?jī)?chǔ)能材料與其功能屬性的調(diào)控奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

1.1 柱狀電池（a），扣式電池（b），方形電池（c），軟包電池（d）示意[17]igure 1.1 The schematic diagram of columnar cell (a)，coin cell (b)，cylindriccell (c) and pouch cell (d)正極材料主要提供鋰離子，所以需要正極材料在充放電過(guò)程中提供盡可能離子，并保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有較高的離子、電子電導(dǎo)率和脫嵌鋰的電位。料用來(lái)儲(chǔ)存從正極材料中脫出的鋰離子，一般為良好的儲(chǔ)鋰材料，具備較作電位，穩(wěn)定的循環(huán)性能。電解質(zhì)主要是鋰離子傳輸?shù)拿浇�，�?yīng)該具備較子電導(dǎo)率和穩(wěn)定性，而且避免與材料發(fā)生副反應(yīng)。隔膜的作用是使正極材極材料分開(kāi)，防止電池短路，并且應(yīng)該具備良好的導(dǎo)通離子的特點(diǎn)。集流匯集電流的作用，一般情況下，從導(dǎo)電性能、價(jià)格、電位等方面考慮，正使用的集流體為鋁箔，負(fù)極材料使用的集流體是銅箔。以正極材料為 LiCoO2，負(fù)極材料為石墨為例[18]，如圖 1.2 所示，鋰離子

圖 1.3 LiMn2O4晶體結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1.3 Crystal structure of LiMn2O4欖石結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料，以 LiFePO4為例，LiFePO4由于其極高的熱穩(wěn)定性廉的價(jià)格被認(rèn)為是最具有潛能的動(dòng)力電池正極材料[28-34]。LiF圖 1.4 所示，Li+和 Fe2+與 O2-形成 LiO6、FeO6八面體結(jié)構(gòu)，面體。由于 P-O 強(qiáng)共價(jià)鍵的作用，在充放電過(guò)程中使得 O2-不熱穩(wěn)定性良好。然而 LiFePO4材料的缺點(diǎn)也十分明顯：反應(yīng)電壓較低，如表 1.1 所示，LiFePO4材料的平均電壓只有 應(yīng)用前景的正極材料中幾乎是最低的，直接導(dǎo)致電池能量密LiFePO4材料只能為鋰離子傳輸提供 1-D 通道，在充放電過(guò)程010）方向傳輸，大大降低了傳輸速度，導(dǎo)致材料的動(dòng)力學(xué)性

圖 1.4 LiFePO4晶體結(jié)構(gòu)示意圖[46]Figure 1.4 Crystal structure of LiFePO4狀材料型的層狀材料可以用分子式 LiMO2表示，M 通常為具有電化，例如 Co、Ni、Mn，也可以采用不具有電化學(xué)活性的 Al、M性。過(guò)渡金屬與氧原子形成 MO6八面體，M 位于八面體中心離子層交錯(cuò)形成二維層狀結(jié)構(gòu)。材料具有如下優(yōu)勢(shì)：首先，層狀材料可以為鋰離子提供 2-D 傳鋰離子進(jìn)行快速傳輸；其次，層狀結(jié)構(gòu)材料具有更高的理論比最后，層狀材料密度較大，體積能量較高，具有較高的能量密池的商業(yè)化生產(chǎn)也是重要因素[47-48]。表 1.1 中列舉了具有代表

【參考文獻(xiàn)】

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1 王文俊;趙宏濱;袁安保;方建慧;徐甲強(qiáng);;水熱-溶膠-凝膠法合成多壁碳納米管-Na_3V_2(PO_4)_3復(fù)合物及其作為鋰離子電池正極材料的性能（英文）[J];物理化學(xué)學(xué)報(bào);2014年06期

本文編號(hào)：2834267