在面臨全球性的能源及環(huán)境問題上,需開發(fā)新能源材料進(jìn)行能源的儲存和轉(zhuǎn)換。具能量密度高、安全性高、循環(huán)性能好的鋰離子電池是儲能領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的裝置。而目前已經(jīng)商業(yè)化的碳類負(fù)極材料已經(jīng)不能滿足新型儲能器件的要求,因此開發(fā)可替代的高安全性,高容量的負(fù)極材料是發(fā)展高性能儲能裝置的關(guān)鍵。鎢青銅及類鎢青銅結(jié)構(gòu)氧化物的結(jié)構(gòu)中存在大量的三元環(huán),四元環(huán)和五元環(huán)通道,這些通道利于鋰離子儲存和傳輸,同時此類材料具有安全的工作電壓,在儲能負(fù)極材料中具有潛在的應(yīng)用。本論文從材料的晶體結(jié)構(gòu)出發(fā),選取了具有類四方鎢青銅結(jié)構(gòu)（TTB）的Mo₅O₁₄型氧化物作為研究對象。針對這類過渡金屬氧化物電子導(dǎo)電率較差的問題,從材料缺陷及形貌兩個方面改善材料的電化學(xué)性質(zhì),研究氧空位缺陷和納米形貌對電化學(xué)性能的影響。本文的主要研究結(jié)果如下:一、采用不同的制備方法合成了多種類TTB結(jié)構(gòu)的Mo₅O₁₄型氧化物(Mo_1-xM_x)₅O₁₄（M=V、Nb、Ti、W）,并展... 

【文章來源】：桂林理工大學(xué)廣西壯族自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)圖

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3鋰離子電池又被稱為搖籃式電池，其工作原理主是充放電原理如圖1.2所示，即在正、負(fù)極之間鋰離子通過電解質(zhì)進(jìn)行可逆的嵌入和脫出反應(yīng)。充電時，外電路的電子從正極傳遞到負(fù)極，同時鋰離子從正極材料中脫出通過電解液隔膜插入到負(fù)極材料中，此時正極處于貧鋰狀態(tài)，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。放電過程正好相反，外電路的電子從負(fù)極流向正極，鋰離子從負(fù)極材料中脫出，經(jīng)過電解液嵌入正極活性物質(zhì)晶格中，將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。以LiCoO2為正極材料，石墨為負(fù)極材料的鋰離子二次電池為例，其化學(xué)反應(yīng)式如下[13,14]：正極反應(yīng)式：LiCoO2充電/放電Li1-xCoO2+xLi++xe-（1.1）負(fù)極反應(yīng)式：C6+xLi++xe-充電/放電LixC6（1.2）總反應(yīng)式：LiCoO2+C6充電/放電Li1-xCoO2+LixC6（1.3）圖1.2鋰離子電池的工作原理圖。Fig1.2TheworkingprincipleofLIBs.1.2.3鋰離子電池的優(yōu)點和缺點鋰離子電池能夠商業(yè)化并成功運用到人類生活的各方面，因具有諸多的優(yōu)勢，主要有以下幾個方面：（1）環(huán)境友好型。對環(huán)境沒有污染，屬于綠色能源。（2）比能量高。目前鋰離子電池材料的比容量可達(dá)到300mAhg-1，故而在便攜式電子設(shè)備中可得到廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)輕量化。（3）工作電壓高。其工作電壓可到達(dá)3.6V以上，甚至能到達(dá)4V以上。（4）無記憶效應(yīng)。鋰離子電池可在任何狀態(tài)進(jìn)行充電。（5）循環(huán)使用壽命長。鋰離子電池可循環(huán)1200次以上，具有良好的使用經(jīng)濟(jì)型。（6）自放電校平均每天的自放電在0.3%以下。（7）較寬的工作溫度范圍。目前的鋰離子電池可在-20℃-60℃之間進(jìn)行工作。

桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文11人采用靜電紡絲的制備方法得到了納米纖維狀Nb8W9O47材料[51]，在對其進(jìn)行表面氨化處理使其具有較好的循環(huán)性能，其容量在1C的容量密度下200圈依舊保持在160mAhg-1，如圖1.5（a）所示，并且此材料具有較為優(yōu)異的倍率性能如圖1.5（b）所示，在5C的倍率下循環(huán)500圈可逆容量保持在135mAhg-1左右。但此方法實驗方法操作復(fù)雜，得到的樣品不能夠保證較高的振實密度，不具商業(yè)發(fā)展前景。（本圖源于：YanL,ChengX,YuH,etal.EnergyStorageMaterials,2018,14:159-168.）圖1.5（a）Nb8W9O47納米線的循環(huán)性能。（b）Nb8W9O47納米線從1C到5C的倍率性能。Fig1.5(a)CyclepropertyofNb8W9O47nanowires.(b)RateperformancesofNb8W9O47nanowiresfrom1to5C.在2018年七月由劍橋大學(xué)課題組在Nature上報道了具鎢青銅結(jié)構(gòu)的氧化物材料W16Nb18O93應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，該報道打破傳統(tǒng)納米尺寸材料具有良好的鋰離子擴(kuò)散能力的規(guī)則，即使是微米級的材料也具有高倍率的循環(huán)性能。如圖1.6（a）所示，此材料具有優(yōu)異的倍率性能，并且該微米級的材料在高達(dá)10C（1C=197mAhg-1）的高倍率電流密度下經(jīng)過1000圈的循環(huán)能保持在160mAhg-1，如圖1.6（b）所示，這一發(fā)現(xiàn)為鋰離子負(fù)極材料的發(fā)展提供了新的方向[52]。此外該報道證明了該結(jié)構(gòu)氧化物鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，比典型的電極材料（如Li4Ti5O12和LiMn2O4）高幾個數(shù)量級；多電子氧化還原，鈮/鎢多面體排列以及快速的固態(tài)鋰傳輸導(dǎo)致實現(xiàn)了高的容量和速率性能。同年，由WuquanYe等(a)(b)

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期刊論文
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本文編號：3491243