X射線吸收譜研究若干新型鋰-鈉離子電池正極材料的構(gòu)效關(guān)系.pdf

1、離子電池是一種重要的化學(xué)能-電能的能量存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換裝置，因其在能量密度、抗過沖能力、循環(huán)次數(shù)等諸多方面相比于傳統(tǒng)的能量存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換裝置占據(jù)極大優(yōu)勢(shì)，而被廣泛應(yīng)用于在動(dòng)力汽車、便攜式電器等方面，不僅逐漸影響了生活習(xí)慣，而且促進(jìn)了社會(huì)的變革。隨著生活水平的上升，對(duì)于電池的要求也越來越高，特別是隨著離子電池的應(yīng)用的擴(kuò)展——從最初的便攜式手提電話到大型能量存儲(chǔ)裝置——對(duì)于離子電池的發(fā)展提出了新的要求與標(biāo)準(zhǔn)。但是由于現(xiàn)在階段鋰離子電池的傳統(tǒng)體系的性能表現(xiàn)

2、逐漸接近邊界而對(duì)于性能的需求卻越演越烈，尋找和發(fā)展高性能的替代體系勢(shì)在必行?，F(xiàn)在在鋰離子體系中，負(fù)極材料的發(fā)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正極材料，尤其是Si/SiO2的發(fā)展已經(jīng)全面超越了正極材料，所以真正制約體系發(fā)展的關(guān)鍵在于正極材料的性能的提升。主流商業(yè)鋰離子電池體系下正極材料的成本約占電池總成本的30％到40％，所以解決正極材料的發(fā)展問題不僅能是性能問題也是經(jīng)濟(jì)問題。富鋰材料作為一種新興的高性能正極材料有望成為新一代鋰離子電池的替代產(chǎn)品，但是由于

3、其長循環(huán)性能與倍率性能都十分有限，最常用的方法是通過摻雜改性提高性能。而關(guān)于富鋰體系中摻雜改性等方面的機(jī)理問題一直懸而未決，特別是摻雜元素占位的問題一直是爭論的焦點(diǎn)，也直接影響著生產(chǎn)方案的設(shè)計(jì)。同時(shí)，由于鋰原料的價(jià)格上揚(yáng)，選擇鈉離子作為離子電池的下一代替代產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)越發(fā)突出。所以如何發(fā)展鈉離子電池體系的正極材料也顯得尤為迫切。鈉離子正極材料中的機(jī)理問題至今仍然是困擾科學(xué)的界的難題。鑒于此種情形我們選取了其中三個(gè)個(gè)典型問題，使用XAF

4、S技術(shù)對(duì)其開展研究工作，總結(jié)如下:
　　1.通過固相法合成出Li1 15Ni0 47Sb0 38O2及其摻雜體系Li1 15-xNi0 47TixSb0 38O2，其中高度有序化的Li1 15Ni0 47Sb0 33O2的容量展現(xiàn)出了高達(dá)250 mAh/g的性能，而Li1 15-xNi0 47TixSb0 38O2經(jīng)過摻雜容量保持率為86％，通過吸收譜首次確定了Ti元素的摻雜是在鋰層的八面體位置，可以在鋰的循環(huán)中有效的支撐晶格。<

5、br>　　2.制備出了NaxRu03(x=≤1.8)，其在1A/g的電流密度下500圈后仍保持93％的容量保持率。通過吸收譜研究該體系首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈉離子遷移的直接觀測(cè)。同時(shí)通過使用吸收譜半原位的觀測(cè)Ru元素的配位變化，發(fā)現(xiàn)該體系是在充放電中傾向于無序化的過程。
　　3.通過吸收譜研究了Na2FeFe(CN)6體系內(nèi)間隙水對(duì)鈉離子遷移的影響。發(fā)現(xiàn)間隙水會(huì)引發(fā)不可逆的相變，而且在高壓區(qū)如果不除去過量的間隙水還會(huì)發(fā)生一次相伴，引起容量的