可充镁锂混合离子电池二氧化钛正极材料的研究

• 作 者: 苏硕剑
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 可充镁锂混合离子电池 正极材料 锐钛矿TiO2 TiO2（B） 电化学性能

金属镁具有能量密度高、理论比容量大、加工处理安全、价格低廉、环境友好等优点,以金属镁作为负极的可充镁电池有望成为新一代大负荷储能电池。但二价镁离子因半径小、电荷密度大、溶剂化严重等问题使得镁离子在材料中的固态扩散速率非常缓慢,因而可用于可充镁电池的正极材料非常有限。可充镁锂混合电池是以金属镁作为负极,嵌锂材料作为正极,锂盐、镁盐混合溶液作为电解液的新型电池体系。它以金属镁作为负极具有可充镁电池的种种优势,同时正极使用锂离子进行嵌入脱出解决了嵌镁材料有限的问题,具有巨大的发展潜力。本文首次将不同晶型的二氧化钛应用于可充镁锂混合电池中,并研究了其电化学性能和充放电机理。（1）以商业化纳米锐钛矿TiO₂作为正极材料,0.5 mol L^-1Mg（BH₄）₂+1.5 mol L^-1LiBH₄/TG作为电解液,金属镁作为负极组装成可充镁锂混合电池。该电池在充放电速率为0.2 C时的首次放电容量为155.8 mAh/g,循环500次后的放电容量为135.5 mAh/g,容量保持率可达87%左右,当电池达到稳定后,其库伦效率达到99.9%以上,具有优良的循环稳定性和可逆性。此外,该电池在2C的充放电速率下仍有97.9 mAh/g的放电容量,同时在1 C和1.5 C的高倍率充放电速率下,容量可达125 mAh/g和115 mAh/g,并且可以稳定循环1900次以上,具有优异的倍率性能。（2）用水热-煅烧法合成了具有介孔结构的一维TiO₂（B）纳米片,并以之为正极材料,0.5 mol L^-1 Mg（BH₄）₂+1.5 mol L^-11 LiBH₄/TG为电解液,金属镁为负极组装成了可充镁锂混合电池。该电池在充放电速率为0.1 C时的首次放电容量可达197.3 mAh/g,稳定之后的平均放电容量为185 mAh/g左右,每次循环的容量衰减只有0.03 mAh/g,而且效率几乎接近100%,具有非常好的可逆性。此外,该电池同样具有优异的倍率性能,在充放电速率为1 C时可稳定循环3000次以上,平均放电容量在130 mAh/g左右;在充放电速率为2 C时可稳定循环6000次以上,平均放电容量在120 mAh/g左右。研究表明,锂离子在TiO₂（B）正极材料中的反应主要是赝电容过程,电解液中的镁离子可以“活化”锂离子,使正极的赝电容过程更加稳定。