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一、水熱合成LiFePO4、CoO和NaCoPO4與其電化學特性的研究 二、高電壓陰極系統電解液添加劑與新型矽陽極高分子黏結劑的研究

為了解決toyota surf新車的問題，作者薩帝煦 這樣論述：

本論文分為六個部分：（a）鋰離子電池的介紹，以及陰極，電解質和陽極的組成（第1章）。 （b）一種綠色和簡便方法，使用鐵金屬進行水熱合成LiFePO4（第2章）。 （c）（五氟苯基）二苯基膦作為高功率鋰離子電池中LiNi0.5Mn1.5O4陰極的雙功能電解質添加劑（第3章）。 （d）交聯聚異戊二烯 - 接枝 - 馬來酸酐作為鋰離子電池矽陽極的有效黏結劑（第4章）。 （e）具有優異循環壽命的CoO奈米顆粒作為鋰離子電池的陽極材料（第5章）。 （f）合成純NaCoPO4作為鈉離子電池的陰極和電化學性能（第6章）。化石燃料，如石油，天然氣和煤炭是運輸和電力的主要能源。然而，燃燒化石燃料會排放溫室氣體

，從而導致空氣污染和氣候變化。為了緩解這些問題，環境友好的可再生能源，如風能和太陽能，已被用作替代能源。然而，風能和太陽能是間歇性的，這需要存儲可再生能源並設計有效的存儲技術。電池可以存儲大量能量和電力以滿足能源需求。特別是鋰離子電池（LIB）自1991年商業化以來引起了人們的極大關注。陰極，陽極和電解質是LIB的主要組成部分。必須進一步改進這些組件，並且必須使LIB生產具有成本效益，以滿足不斷增長的能源需求。本研究的目的是探索所有三種電池組件材料。第1章介紹了LIB及其組件。 LIB中的第一組分是陰極材料。在所有LIB陰極材料中，LiFePO4以其優異的熱穩定性，低成本，環境友好性和Li +

離子的高可逆性而受到廣泛關注。此外，陰極材料的合成必須是環保且具有成本效益的。在此，使用鐵金屬（FeO）作為鐵源進行水熱合成LiFePO4。 Fe0具有100％的原子效率，可作為還原劑，使合成過程更加環保且價格低廉。通過粉末X射線衍射（XRD）研究了不同溫度下LiFePO4的相轉變，並提出了合理的機理。 XRD圖譜證實了煅燒的LiFePO 4的純度，並且其在0.1C速率下的放電容量為165mAh/g ，在0.5C速率下具有良好的循環壽命。第2章討論了這個過程的結果。LIB中的第二部分是電解質。 具有> 5V電壓的電解質系統對於獲得具有高能量密度的LIB是必不可少的。 基於碳酸酯的電解質氧化反應

超過4.5 V對於Li / Li +。在此，研究了（五氟苯基）二苯基膦（PFPDPP）作為LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4的新型，有效且穩定的陰極 - 電解質界面形成添加劑。 使用0.2wt％含PFPDPP的電解質顯著改善LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4的電化學性能。 經過300次循環後，添加劑的電容量保持率為71％，添加劑的電容量保持率為53.4％。 循環伏安法和理論密度泛函理論計算表明PFPDPP這個化合物會優先進行氧化反應。 第3章討論了這種方法的結果。LIB中的第三組分是陽極材料。石墨是最常用的陽極材料，因為它具有優異的循環穩定性。然而，其低電容量理論（372 mAh/g

）限制了其高端應用（如電動汽車）的能量供應和功率密度。因此，矽（Si）被認為是有前景的替代陽極材料，由於其高理論鋰化能力（3579mAh/g ）和低工作電位（~0.5V vs.Li/Li +）。但是，在充電 - 放電過程中Si的體積顯著變化，這的嚴重的問題必須解決。因此黏結劑的開發是重要的，黏結劑是電極結構中的關鍵組分，在循環過程中對維持電極組件的結構完整性起著至關重要的作用。在此，研究了聚異戊二烯 - 接枝 - 馬來酸酐作為用於LIB的Si陽極的新型可交聯黏結劑。該黏結劑被熱交聯以形成彈性材料，這可以減輕在鋰化 - 脫鋰過程中產生的應力。交聯材料顯示出約3300mAh/g 的高初始充電容量，

並且在0.5C速率下可以在200次循環中保持其容量的60％以上。這種穩定的循環壽命可歸因於衍生自交聯材料的三維聚合物網絡。考慮到所用原料的低成本和製備粘合劑的容易性，所提出的方法對於工業應用而言可以是可行且成本有效的解決方案。第4章討論了這種方法的結果。過渡金屬氧化物，例如氧化鈷，作為石墨的替代陽極材料也已被廣泛研究，因為它們與石墨相比具有更高的理論容量。在此，報導了通過溶劑熱法簡單且可擴展地合成Co3O4奈米片和CoO奈米顆粒。與塊狀材料相比，奈米材料由於其超快的鋰化儲存性能而表現出優異的電化學性能。當在700℃下在N2氣氛中煅燒4小時時，合成後的Co 3 O 4納米片形成粒徑為~100-2

00nm的CoO奈米顆粒。通過粉末XRD，掃描電子顯微鏡（SEM）和充電 - 放電的電化學循環測試來證明合成的納米材料。第5章討論了測試結果。成本是電池大規模生產的重要因素。由於鈉的天然豐度和低成本，鈉離子電池（SIB）已經獲得了突出地位。然而，為SIB找到合適的陰極和陽極材料具有挑戰性。在此，NaCoPO4被探索作為SIB的陰極材料，並且溶劑熱和水熱方法用於合成純NaCoPO4。根據溶劑和加熱時間，獲得具有不同粒度和形狀的材料。通過粉末XRD，SEM和循環伏安法的儀器證明獲得的粉末。第6章討論了這項工作的結果。該研究的令人鼓舞的結果可以顯著促進LIB材料的開發。