鈉離子電池、鈣離子電池等新型金屬離子電池的發(fā)展對(duì)于緩解鋰資源短缺、克服鋰離子電池技術(shù)瓶頸具有重要意義。高性能電極材料的缺乏是新型儲(chǔ)能器件發(fā)展面臨的主要難題。本文圍繞堿土金屬釩酸鹽電極材料,從材料的制備、表征、形成機(jī)制、電化學(xué)性能及儲(chǔ)能機(jī)理等方面深入研究了多種新型堿土金屬釩酸鹽分別在鈉離子電池、鈣離子電池及鋰離子電池中的應(yīng)用前景。揭示了堿土金屬離子分別在鈉離子電池負(fù)極和鈣離子電池正極中的兩種不同優(yōu)化機(jī)制,為高性能電極材料的開發(fā)及新型金屬離子電池的發(fā)展奠定了一定科學(xué)基礎(chǔ)。主要研究成果如下:（1）基于水熱合成等技術(shù),合成了多種新型堿土金屬釩酸鹽電極材料,包括CaV₄O₉納米線、CaV₄O₉微米花、SrV₄O₉微米花、Mg_0.25V₂O₅·H₂O微米片、Mg_0.35V₂O₅·H₂O納米帶、Ca...

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖1-3(a)鈉離子電池示意圖;(b)1975年至2014年期間關(guān)于鈉電池的文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)量變化趨勢(shì)[7]

鈉離子電池是最先得到廣泛關(guān)注的新型金屬離子電池體系。鈉資源在地殼中非常豐富(圖1-1),且鈉與鋰同處堿金屬一族,具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)。因此,用鈉離子取代鋰離子作為載流子所得到的鈉離子電池,具有與鋰離子電池相似的電池結(jié)構(gòu)與電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程(圖1-3a)[7,44]。由于其相似性,....

圖1-4(a)目前已報(bào)道的主要的鈉離子電池正極的電壓與比容量關(guān)系圖;(b)目前已報(bào)道的主要的鈉離子電池負(fù)極的電壓與比容量關(guān)系圖[7]

而鈉離子電池負(fù)極材料主要包括硬碳、鈦基化合物、基于轉(zhuǎn)換反應(yīng)的過(guò)渡金屬化合物和基于合金化反應(yīng)的相關(guān)單質(zhì)或金屬間化合物(圖1-4b)。硬碳雖然被認(rèn)為是最具商業(yè)化前景的鈉電負(fù)極材料,但其實(shí)際應(yīng)用仍然受到倍率性能差,以及由于嵌鈉電位過(guò)低而存在安全隱患等限制[57,58];鈦基化合物作為....

圖1-5不同金屬負(fù)極的容量及還原電勢(shì)[21]

鉀離子電池則是利用半徑更大的鉀離子取代鋰離子作為載流子,電池結(jié)構(gòu)與電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與鋰離子電池和鈉離子電池相似。鉀離子電池受到關(guān)注的主要原因是,一方面地殼中鉀的資源也非常豐富,豐富度與鈉相近（圖1-1）;另一方面,相比于鈉離子電池,由于鉀的還原電勢(shì)-2.93Vvs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極（....

圖1-6目前已報(bào)道的鉀離子電池正負(fù)極的電壓與比容量關(guān)系圖[69]

2015年,俄勒岡州立大學(xué)的XiuleiJi課題組在國(guó)際上報(bào)道了第一個(gè)關(guān)于鉀離子電池的工作[14],他們發(fā)現(xiàn)鉀離子可有效嵌入到石墨的層狀結(jié)構(gòu)中,形成KC8的結(jié)構(gòu),對(duì)應(yīng)比容量達(dá)到273mAhg-1。此后,關(guān)于鉀離子電池的研究被陸續(xù)報(bào)道。2016年,武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)課題組報(bào)道....

本文編號(hào)：4035085