層狀磷酸氫鈦的儲(chǔ)鋰和儲(chǔ)鈉性能研究.pdf

1、可再生能源的開發(fā)與利用，是解決當(dāng)下能源危機(jī)和實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的必然選擇，可充電電池作為能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換器件，在其中發(fā)揮著不可或缺的作用。目前，全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨蟪掷m(xù)增長，并推動(dòng)著電池技術(shù)不斷進(jìn)步，而電池技術(shù)的突破嚴(yán)重依賴于材料的發(fā)展，因此開發(fā)新型電池材料一直是材料學(xué)者的重要研究目標(biāo)。
　　層狀電極材料因其高容量、易合成和可調(diào)控的結(jié)構(gòu)特性，在電池材料研究中受到廣泛的重視。α型磷酸氫鈦（A-TiP）和γ型磷酸氫鈦（G-TiP）均具有層狀結(jié)

2、構(gòu)，而且其結(jié)構(gòu)中P-OH基團(tuán)上的質(zhì)子（H）能夠與一價(jià)離子或二價(jià)離子發(fā)生交換反應(yīng)，因此在污水處理、離子吸附、質(zhì)子傳導(dǎo)和催化等領(lǐng)域有廣泛的研究，但其在電池方面的研究非常有限。本論文對A-TiP和G-TiP的儲(chǔ)鋰和儲(chǔ)鈉性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并探討了其電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。
　　首先研究了G-TiP微米塊狀材料的儲(chǔ)鋰和儲(chǔ)鈉性能。儲(chǔ)鈉方面，G-TiP電極材料在0.1-2.8V電壓范圍內(nèi)具有161.3mAh g-1的可逆容量，嵌鈉平臺(tái)出現(xiàn)在1.6-

3、2.2V范圍內(nèi)，層狀結(jié)構(gòu)能夠在循環(huán)中得到較好的保持。儲(chǔ)鋰方面，當(dāng)放電截止電位低于0.5V時(shí)，電池充放電曲線沒有脫嵌鋰平臺(tái)出現(xiàn)，層狀結(jié)構(gòu)被破壞，呈現(xiàn)出電容性質(zhì)的儲(chǔ)鋰過程，容量衰減嚴(yán)重。而當(dāng)放電截止電位提高至0.8V或以上時(shí)，充放電曲線在2.2-2.6V內(nèi)出現(xiàn)明顯的脫嵌鋰電壓平臺(tái)，可以獲得109mAh g-1的可逆比容量。機(jī)理分析表明，G-TiP材料在較寬的電壓范圍內(nèi)，同時(shí)通過局部離子交換和氧化還原反應(yīng)兩種機(jī)制進(jìn)行儲(chǔ)鋰和儲(chǔ)鈉，顯示出獨(dú)特的電

4、化學(xué)反應(yīng)過程。此外，G-TiP脫去層間結(jié)晶水后，將導(dǎo)致儲(chǔ)鋰和儲(chǔ)鈉容量降低，但電池循環(huán)穩(wěn)定性得到明顯提高。因此，除去G-TiP層間水有利于提高電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)而改善循環(huán)性能。
　　其次，研究了離子交換對A-TiP材料結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)鈉性能的影響。采用簡單的溶液離子交換的方法，制備了鋰離子交換材料Li-TiP。一方面，Li-TiP保持原始材料基本的結(jié)構(gòu)骨架，其氧化還原特性并未發(fā)生明顯變化，離子交換前后的材料都表現(xiàn)出1.8-2.1V的固