隨著人類社會對能源需求的不斷增加,能源儲存裝置發(fā)揮著越來越重要的作用。鋰離子電池是一種高效環(huán)保的電化學儲能裝置,具有工作電壓高、能量密度大和使用壽命長等優(yōu)點,已經在便攜式電子設備、電動汽車和新能源儲存系統(tǒng)中得到廣泛應用。當前,石墨是主要的鋰離子電池負極材料,其在充放電過程中容易形成鋰枝晶,造成嚴重的安全問題。此外,石墨的電化學性能難以得到進一步提升,已經不能滿足高能量和功率密度電池的需求。近年來,隨著鋰離子電池的大規(guī)模使用,鋰資源的消耗不斷增加,導致鋰的價格不斷攀升。鈉和鋰擁有類似的物理化學性質,其資源更加豐富且分布更為廣泛,因此鈉離子電池被認為是繼鋰離子電池之后有可能實現(xiàn)產業(yè)化的儲能裝置,尤其是在大規(guī)模儲能系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。然而,Na⁺的半徑（1.02?）大于Li⁺的半徑（0.76?）,導致許多儲鋰性能優(yōu)越的負極材料難以實現(xiàn)比較理想的儲鈉性能。因此,研究和開發(fā)高效的負極材料對于鋰/鈉離子電池而言具有十分重要的意義。鈦基材料具有良好的儲鋰/鈉能力,同時存在結構穩(wěn)定性好、安全性高、資源豐富和環(huán)境友好等優(yōu)點,受到了廣泛的關注和研究。然而,... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

鋰離子電池的構成(a)和工作原理圖(b)

其反應過程見圖1-2[4]。脫嵌反應的優(yōu)點是電化學循環(huán)穩(wěn)定性好，但是也存在比容量低的缺陷。目前商業(yè)化石墨碳材料是一類典型的脫嵌反應負極材料，其鋰的最大嵌入量為 372 mAh

主要研究內容。α-Fe2O3和 MgFe2O4能夠嵌入鋰離子形成 LixFe2O3和 LixMgFe2O4(x 0.5)，然而鋰離子卻無法嵌入到 Al2O3和 MgAl2O4[41, 42]。除了上述材料之外，能夠發(fā)生脫嵌反應的材料還包括 Li4Ti5O12、MgTi2O5、LiTiNbO5和 TiNb2O7等含 Ti 的多元金屬氧化物[43-45]，Nb、V 和 Mo 的氧化物等[46-48]。Li4Ti5O12是一種十分重要的負極材料，其尖晶石晶體結構中具有可供鋰離子擴散的三維通道，擁有突出的循環(huán)穩(wěn)定性和良好的安全性，理論容量為 175 mAh g 1。在鋰離子嵌入過程中，Li4Ti5O12的晶胞參數(shù) a 變化很小，僅從 0.836 nm 增加到 0.837 nm，從而確保了其十分突出的循環(huán)穩(wěn)定性，因此 Li4Ti5O12也被稱為“零應變”電極材料[45]。除了以上特點之外，Li4Ti5O1的放電非常平穩(wěn)，平均電壓平臺在 1.56 V，并且其鋰離子擴散系數(shù)為 2 ×10 8cm2s 1比碳負極材料高一個數(shù)量級。雖然 Li4Ti5O12具有上述多種優(yōu)點，但是其實際應用仍然受到比容量低和電導率差等不利因素的困擾。（2）合金反應

【參考文獻】：
博士論文
[1]微納結構及缺陷二氧化鈦包覆層對鋰/鈉二次電池負極材料的改性研究[D]. 王娜娜.山東大學 2016

碩士論文
[1]LiMn2O4形貌和尺寸的可控制備及其與電性能的關系研究[D]. 郭永林.武漢理工大學 2012



本文編號：3452396