文献综述
1 引言从古至今,我们所用的能源有化石燃料和电池,化石燃料(如煤炭、天然气、石油等不可再生资源)是我们使用得最多的能源,使用过程中产生了大量的二氧化碳给地球的气候带来了严重的影响;一次电池、铅酸电池、镍铬电池等电池中的重金属会对环境产生很大的污染,限制了人类的进一步发展。
人类的发展促进了对能源的进一步需求,锂离子电池由于其开路电压高、能量密度大、循环性能好,已经广泛地应用在我们的生活中[1,2],但由于锂离子电池在负极容易产生枝晶,从而刺穿隔膜,带来安全性问题,所以限制了锂离子电池的应用和发展。
在元素周期表中,镁和锂处于对角线位置,具有相似的化学性质,且镁有一系列的优点,镁元素在地壳中储量丰富(Mg-约2%,Li-约0.0065%)、价格低(Mg-$ 2700/吨,Li-$ 64800/吨)、理论体积比容量大(Mg-3822 mAh cm-3,Li-2062 mAh cm-3)、性质较锂稳定且在沉积/溶出的过程中不会生成枝晶[3],更加安全,这让镁离子电池占据了安全方面的优势,研究者们对其做了大量的研究。
尽管如此,它仍有两个较大的问题,其一是电解液的限制,传统电解液会使镁表面产生一层钝化膜,不能实现镁的可逆沉积/溶出[4];其二是可选择的正极材料较少[5,6],Mg2 具有较大的电荷密度且动力学缓慢,虽然以Chevrel 相的Mo6S8作为正极材料时具有较快的迁移速率,但其生产成本高,能量密度有限而不适合在实际生产中生产。
当用镁作为负极,嵌锂材料作为正极,含有双离子的溶液作为电解液时组成混合离子电池,可以结合锂离子电池和镁离子电池双方的优点,从而具有较好的发展前景[7]。
NASICON结构的LiTi2(PO4)3材料也具有稳定的三维框架结构,离子电导率相对较高,充放电稳定性良好,而且无毒,价格低廉。
另外,LiTi2(PO4)3材料具有138 mAh g-1的理论比容量,平均放电电压约为 2.5 V(vs. Li/Li ),并且在充放电过程中有较平坦的充放电压平台,LiTi2(PO4)3的这些优良特性都决定了它将在电池电极材料方面具有潜在的应用价值。
但是,LiTi2(PO4)3材料的电子电导率非常低,容易导致其在充放电过程中电化学极化现象严重,从而导致材料的电化学性能变差。
通过碳复合改性方法合成的LiTi2(PO4)3/C原位复合材料,其电化学性能明显高于纯 LiTi2(PO4)3材料。
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