过渡金属氧化物晶体结构调控在能量存储中的应用

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1、分类号：TB34单位代码：10183研究生学号：2014431018密级：公开吉林大学博士学位论文过渡金属氧化物晶体结构调控在能量存储中的应用Applicationofcrystallographicstructuretuningoftransitionmetaloxideinenergystorage作者姓名：李英奇专业：材料学研究方向：金属纳米材料指导教师：李建忱教授培养单位：材料科学与工程学院2018年6月——————————————————————————————————过渡金属氧化物晶体结构调控在能量存储中的应用———————

2、———————————————————————Applicationofcrystallographicstructuretuningoftransitionmetaloxideinenergystorage———————————————————————————作者姓名：李英奇专业名称：材料学研究方向：金属纳米材料指导教师：李建忱教授学位类别：工学博士培养单位：材料科学与工程学院论文答辩日期：2018年5月29日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席张新波研究员中科院长春应化所委员赵占奎教授长春工业大学材料学院蒋青教授

3、吉林大学材料学院鄢俊敏教授吉林大学材料学院朱永福教授吉林大学材料学院未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集

4、体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士□√博士学科专业：材料学论文题目：过渡金属氧化物晶体结

5、构调控在能量存储中的应用作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：长春市人民大街5988号吉林大学南岭校区材料科学与工程学院(130022)作者联系电话摘要过渡金属氧化物晶体结构调控在能量存储中的应用摘要随着近年来微型化电子设备和电动汽车的飞速发展和普及，发展与之相适应的能量存储设备已经成为相应领域的研究热点。为了满足日益增长的能源需求，发展具有高能量密度、高功率密度以及良好循环性能的储能设备成为其中的重中之重。在各式各样的能量存储设备中，超级电容器和锂/钾离子电池是目前最受关注以及应用最为广泛的两类设备。超级电容器与锂/钾离

6、子电池由于具有不同的能量存储机理而表现出不同的电化学性能特征，两者各具其独特优势，根据实际应用领域的不同，可以对两者进行单独选择或组合利用。碳材料和过渡金属氧化物是在超级电容器和锂/钾离子电池应用最为广泛的活性材料。导电性能良好的碳材料虽然具有较好的功率性能，但由于储能机理的限制，其理论容量较低，不能满足实际应用的需要。过渡金属氧化物具有较高的理论容量，但其固有的离子/电子传输性能差，作为锂/钾离子电池负极材料时在反复的锂/钾离子插入/脱出过程中通常会经历较大的体积变化，大大制约了其优势的发挥。为了获得兼具高能量密度和高功率密度的能量存

7、储设备，研究者们通过纳米化以及合成复合电极等方法以改善其性能。然而，传统的平面电极通常使用涂布的方式，该方式需要引入绝缘的聚合物作为粘结剂以提高活性物质与集流体之间的结合能力，但无可避免地会造成活性物质与活性物质之间以及活性物质与集流体之间较大的接触电阻，并产生一些电解液无法进入的死体积，降低了活性物质的利用率。为了从根本上解决这些问题，本文把过渡金属氧化物通过外延生长的方法集成到具有高电导率和多孔结构的三维金属集流体上，这种复合结构既能改善过渡金属氧化物的导电性，又能促进离子在电极内部的传输，而且，还通过过渡金属氧化物晶型设计以及阳离

8、子预插入的方法调节活性相微观结构以改善离子/电子在活性相内部的传输性能。通过这些措施，可提高活性相的利用率，保证总体电极获得较高的容量、能量/功率密度以及良好的循环稳定性，实现高效和稳定的能量存储。本文的研