【摘 要】
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目前,锂离子电池(LIBs)已经被广泛应用到人们的日常生活中。但是锂在地壳中的含量只有0.002wt%,而且储量也十分有限,导致LIBs成本不断增加,严重阻碍了LIBs的发展。因此,人们近年来研发了许多新型电池,如锂硫电池、碱金属空气电池、锌空气电池和双离子电池等。在这些新型电池中,双离子电池因为其高工作电压、环境友好、低成本等特点引起了人们的关注。然而,双离子电池技术还处于基础研究阶段,它的主要
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目前,锂离子电池(LIBs)已经被广泛应用到人们的日常生活中。但是锂在地壳中的含量只有0.002wt%,而且储量也十分有限,导致LIBs成本不断增加,严重阻碍了LIBs的发展。因此,人们近年来研发了许多新型电池,如锂硫电池、碱金属空气电池、锌空气电池和双离子电池等。在这些新型电池中,双离子电池因为其高工作电压、环境友好、低成本等特点引起了人们的关注。然而,双离子电池技术还处于基础研究阶段,它的主要缺点之是一般阴离子半径远远大于锂离子等金属阳离子半径,这会导致阴离子在嵌入脱出时不可逆,会破环电极材料的本身的结构等问题。本文基于此通过构筑SEI和TiO2包覆层对电极材料界面进行修饰来改善双离子电池的电化学性能,具体工作如下:(一)双离子电池(DIBs)的电极材料通常为石墨,以石墨为正极的DIBs,工作电位高,能量密度高。但是,它们仍然存在着一些问题,如在进行充电和放电时会导致石墨的结构损坏,这使DIBs的电化学性能不好。对此,本文中提到了一种采用修饰电极材料界面的方法,即用电化学的方法,通过在10 m A g-1的电流密度下放电充电5个周期,在电极表面构筑固体电解质界面膜(SEI)来保护石墨正极。表面构筑SEI包覆层的石墨正极组装成电池后,在100 m A g-1下进行恒流充电放电测试,其第一圈的放电比容量为77.2 m Ah g-1,未构筑SEI的石墨组装成的电池的放电比容量有46 m Ah g-1,充放循环80圈之后,构筑SEI包覆层的样品的容量保持率为76%,未构筑SEI包覆层的样品的容量保持率只有64%。结果表明,SEI膜的构筑可以有效地改善电池的电化学性能。这为提高双离子电池的性能提供了一条新的途径。(二)双离子电池对电极材料要求较高,一般阴离子半径远远大于锂离子等金属阳离子半径,这就要求材料要有充足的间距来满足阴离子的嵌入和脱出。α-MnO2材料有个独特的大隧道结构,具有较大尺寸约为4.6(?),有容纳六氟磷酸根(PF6-)离子脱嵌的能力。因此本文采用α-MnO2作为电极材料,但是这种电极材料的导电性不是很好且在进行充放电时其结构不是很稳定,而TiO2的导电性比α-MnO2高,而且二者之间可以形成异质结进一步改善其导电性。于是,文中又采用TiO2对α-MnO2进行包覆修饰合成α-MnO2@TiO2材料。采用α-MnO2@TiO2和α-MnO2两者为活性物质,将其组装成电池后,在100 m A g-1下进行恒流充电放电测试,α-MnO2@TiO2的第一圈放电比容量为285.3 m Ah g-1,经过充电放电300个周期之后,其容量保持率高达97.6%,即α-MnO2@TiO2还有284.4 m Ah g-1的放电比容量。而α-MnO2的放电比容量只有204.8 m Ah g-1,容量保持率为70.4%。
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