發(fā)布時間：2021-06-12 01:24

　　近年來,鈦基納米結(jié)構(gòu)負極材料因其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和較好的安全性等優(yōu)點被學者們廣泛關(guān)注。然而,二氧化鈦和鈦酸鋰等傳統(tǒng)鈦基納米材料依然存在有待進一步解決的關(guān)鍵科學問題,如質(zhì)量比容量相對較低、體積比容量低、材料導電性和電池倍率性能較差等問題。提高電極材料的振實密度是提升電池的體積能量密度的重要手段之一,也是該材料大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的決定性因素之一。但是高振實密度負極材料通常存在尺寸大、比表面積小的缺點,這不利于離子和電子的快速遷移和電解液的充分浸潤,難以在獲得高能量密度的同時實現(xiàn)高功率密度,并保持較長循環(huán)壽命。本論文針對上述傳統(tǒng)鈦基納米材料面臨的容量小、振實密度低、倍率性能差的關(guān)鍵制約問題,提出開發(fā)高振實密度鈦基雙金屬化合物作為前驅(qū)體,通過合理調(diào)控二次結(jié)晶過程,在二次顆粒中引入豐富的晶界和孔結(jié)構(gòu),成功開發(fā)了高容量、高倍率、高振實密度的NiTiO₃和CoTiO₃負極材料,較好地解決上述關(guān)鍵問題,實現(xiàn)了高倍率長壽命與高振實密度之間的平衡,為新一代長壽命高功率、高能量密度鋰離子電池和鈉離子電池電極材料的發(fā)展提供了重要參考。具體研究成果如下:（1）通過優(yōu)化自組裝過... 

【文章來源】：南京郵電大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

二十年來鋰離子電池的需求示意圖

圖 1.2 鋰離子工作原理示意圖[11]池正極材料電池已占據(jù)了廣闊的消費市場，其能量密度和功率密度仍不足以。正負極材料作為電池的關(guān)鍵組成部分，直接影響著電池的優(yōu)劣能和長循環(huán)壽命的正負極材料至關(guān)重要。電極材料應(yīng)滿足導電性無毒、可以儲存 Li+的特點。根據(jù)材料的內(nèi)在特征和反應(yīng)機理，鎳/鋰錳氧化物以及聚陰離子型）和三類負極材料（嵌入型、合金種類又可分為無機、復合、聚合物三大類材料，其中無機材料分為無機復合氧化物和多陰離子材料，具體如圖 1.3 所示。下料：正極材料

鋰具有的高比容量（3860mAhg-1）、低密度（0.59gcm-3）和低電化學勢（極）[38]，是一種非常理想的鋰電池負極材料。目前鋰離子電池的理論比能若將鋰離子電池的負極更換為金屬鋰，就可以獲得 440Whkg-1的比能量，空氣電池則能夠分別達到 650 Wh kg-1和 950 Wh kg-1的比能量[39-41]。如果離子電池的負極材料，需要克服安全隱患和循環(huán)壽命短這兩大難題[42]。金題是鋰枝晶生長的問題，在不斷的充放電過程中，局部極化導致鋰表面生長生長到一定程度時就會穿透隔膜到達正極，造成電池內(nèi)部短路，從而引發(fā)圖 1.4 所示，如果鋰枝晶發(fā)生斷裂，就會形成“死鋰”，致使電池容量損失屬鋰負極實用化的最大障礙，大量的研究工作致力于尋找合適的負極材料現(xiàn)避免了枝晶問題，但在循環(huán)過程中體積變化較大，導致電極材料逐漸粉衰減；碳負極的成功應(yīng)用誕生了商業(yè)化鋰離子電池。此后，大量的碳材料料得到研究和開發(fā)。


本文編號：3225667