【摘 要】
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当今世界各国的可持续发展因能源和环境问题而受阻,但市场对高性能储能设备的需求却日益增加。锂离子电容器和锂基双离子电池是两类适应时代发展出现的新型锂基储能器件,因兼具高能量密度,高功率密度以及长循环寿命的特点而受到广泛关注。而电极材料很大程度上决定了器件的性能,因此开发具有高性能的电极材料是提升器件性能的关键。本文合成两种钙钛矿型电极材料,将二者作为负极材料探究它们在锂离子电容器和锂基双离子电池中的
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当今世界各国的可持续发展因能源和环境问题而受阻,但市场对高性能储能设备的需求却日益增加。锂离子电容器和锂基双离子电池是两类适应时代发展出现的新型锂基储能器件,因兼具高能量密度,高功率密度以及长循环寿命的特点而受到广泛关注。而电极材料很大程度上决定了器件的性能,因此开发具有高性能的电极材料是提升器件性能的关键。本文合成两种钙钛矿型电极材料,将二者作为负极材料探究它们在锂离子电容器和锂基双离子电池中的应用前景。主要研究工作:1.通过溶剂热法制备了低成本的四方相单金属钙钛矿氟化物KCu F3（标记为KCF）。通过XRD,SEM,TEM和BET等测试研究KCF材料的物理化学特性。通过多种非原位测试揭示了KCF材料是赝电容为主的转化储锂机理。在半电池测试KCF表现出色的性能(75.1-52.5 m A h g-1/0.1-3.2 A g-1/191%保留/1000圈/1 A g-1),将KCF作为新型负极材料与商业活性炭（AC）,石墨（918）匹配,分别组装成KCF//AC锂离子电容器和KCF//918锂基双离子电池器件,两种器件均呈现出优异的电化学性能(70.0-14.2 Wh kg-1/0.8-22.2 k W kg-1/60%保留/3000圈/4 A g-1;70.5-9.4 Wh kg-1/1.0-9.2 k W kg-1/65%保留/2000圈/4 A g-1),表明KCu F3材料在新型锂基储能器件领域有发展前景,同时具有价格优势的KCu F3材料促进了低成本储能体系的发展。2.通过混合溶剂热法制备Ni/Co/Mn三金属钙钛矿氧化物微米球材料LaNi Co Mn O3（Ni:Co:Mn=1:1:1）（标记为LNCMO（1:1:1））。通过XRD,SEM,TEM和BET等研究LNCMO（1:1:1）材料的物理化学特性。通过XRD测试结果确定了最优实验合成条件。通过非原位的XPS,XRD和CV测试证明LNCMO（1:1:1）材料是赝电容为主的转换-嵌入混合储锂机理。半电池测试结果表明LNCMO（1:1:1）材料有优于相应三种单金属材料的整体电化学性能(266.5-149.3 m Ah g-1/0.1-3.2A g-1/129%保留/2 A g-1/1000圈)。将其作为新型负极材料与商业活性炭（AC）,石墨（KS6）匹配,分别构建LNCMO（1:1:1）//AC锂离子电容器和LNCMO（1:1:1）//KS6锂基双离子电池,且两种新型储能器件均表现出色(122.1-32.5 Wh kg-1/0.6-18 k W kg-1/56%保留/1000圈/5 A g-1;194.8-8.7 Wh kg-1/0.7-10.4k W kg-1/64%保持/500圈/2 A g-1)。
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