【摘 要】
：
目前锂离子电池凭借成本低、比容量大、安全环保的特点被应用于电动汽车、数码类产品、电动力产品、医疗用具和安全防护等。由于地球上镍和钴储量中具备商业开采价值量稀少,所以更加需要研发价格低廉、节省材料的高性能锂电池正极材料。Li Mn2O4正极材料相比于Li Co O2材料资源丰富,有望成功替代Li Co O2成为最有发展的理想能源材料。Li Mn2O4正极材料的最大缺点是在高温下容量易衰减并且结构难以
论文部分内容阅读
目前锂离子电池凭借成本低、比容量大、安全环保的特点被应用于电动汽车、数码类产品、电动力产品、医疗用具和安全防护等。由于地球上镍和钴储量中具备商业开采价值量稀少,所以更加需要研发价格低廉、节省材料的高性能锂电池正极材料。Li Mn2O4正极材料相比于Li Co O2材料资源丰富,有望成功替代Li Co O2成为最有发展的理想能源材料。Li Mn2O4正极材料的最大缺点是在高温下容量易衰减并且结构难以维持稳定状态。基于以上存在的两点问题,选择通过对Li Mn2O4正极材料掺杂和低指数表面能量进行研究。通过理论计算进一步解释结构机理。从而改善Li Mn2O4正极材料的电化学性能,设计出高可逆比容量的锂电池材料。相关工作内容如下:（1）采用密度泛函计算方法,计算空间群为P4332的新材料Li Mg0.5Mn1.5O4的电子结构、能带结构和态密度。建立空间群为P4332的Li Mg0.5Mn1.5O4晶胞并进行几何结构优化,与实验数据相比误差低于2%。对能带结构及各原子态密度数据分析,进一步阐述掺杂会减少Mn3+的溶解。过渡金属镁离子的加入让正极材料Li Mn2O4整体的晶格体积收缩,结构处于更加平衡稳定的状态。（2）基于第一性原理研究了Li Mn2O4电池材料在掺杂Fe和Co时的电化学性能。掺杂适量Fe/Co后,Li Mn2O4电池材料晶格参数均减小,从而降低了Jahn-Teller畸变情况产生的可能性。对于掺Fe尖晶石型锰酸锂(Li8Mn15Fe O32),第一次放电电压增加至4.623V;对于掺Co尖晶石型锰酸锂(Li8Mn15Co O32),第一次放电电压增加至4.101V。电压的明显提升是由于掺杂后的Mn3+离子在第一次脱锂过程中失去了一个电子并被氧化,但是Fe和Co离子不参与这一氧化过程,依然保持离子状态存在。（3）基于第一性原理研究计算了Li Mn2O4晶体在不同低指数表面的能量状况。比较了GGA和GGA+U两种不同计算方法下的Li Mn2O4结构,发现当Mn的d轨道选取有效U值时,晶格参数会明显变大。对（100）,（010）,（001）,（110）和（111）五个表面情况计算分析,找到最稳定的指数表面,利用表面重构的方式让（111）表面成为尖晶石结构中最稳定的切面。研究结论为缓解Li Mn2O4材料容量衰减提供理论依据,为研究电化学条件下可能存在的新结构提供理论参考。
其他文献
滚动轴承是数控机床主轴系统的核心支承部件,其可靠性直接关系到机床主轴系统的稳定性和加工精度。相比普通轴承,机床主轴轴承承受高速轻载、润滑不良、急停急起等苛刻工况,轴承保持架失效、滚子和滚道早期疲劳磨损失效严重影响了主轴系统的可靠性,限制了机床的整体性能和加工效率,因此对机床主轴轴承的早期失效机理进行分析和研究,并对轴承提出改进设计和优化,是提升机床整体加工性能的必要前提。本文针对机床主轴轴承出现的
随着我国“碳达峰”“碳中和”这一部署的不断推进,建筑垃圾资源化逐渐被业界所关注,建筑垃圾资源化管理也在不断的改进与发展,但从实施效果来看,建筑垃圾资源化利用率仍然很低,如何有效提升建筑垃圾资源化水平成为了建筑垃圾管理亟待解决的问题,上海市作为我国绿色发展的主要城市,建筑垃圾资源化水平相比欧美国家还有非常大的提升潜力。本文选择上海市建筑垃圾资源化作为研究对象,首先,为了了解上海市建筑垃圾产生情况,运
氮氧化物（NOx）是常见的大气污染物之一,NOx的大量排放会对人类健康以及生态环境等方面都造成一定程度的危害。目前随着节能减排政策的推行,国家关于控制NOx排放的标准也日益严格。考虑到钢铁企业就是NOx主要排放源之一,且还会在铁矿烧结环节排放污染粉尘——烧结灰。选择性催化还原脱硝工艺（SCR）是一种高效的烟气脱硝技术,具有性能优异的脱硝催化剂是该技术的关键。目前商业应用最成熟的V2O5-MOx/T
抗生素常被用于预防和治疗细菌感染等疾病,其随着对人和动物体的用药而进入自然环境,独特的性质使其很难被生物降解。近年来,人们也越来越关注抗生素的使用和处置可能对人类和生态健康产生的不利影响。土霉素（Oxytetracycline,OTC）是在各种水域中检出率比较高的四环素类抗生素,其特性致使很多的水处理技术对其去除不彻底。芬顿（Fenton）氧化技术因能快速降解水中难降解有机污染物而在水处理领域得到
钒是我国战略金属和需优先控制的重金属污染物,但其处理技术有限,利用率低,因此,废弃物中钒的高效回收利用意义重大。微通道作为过程强化的重要研究手段,在液-液溶剂萃取领域对金属离子萃取有着极大的应用前景,本文基于课题组在钒离子形态方面已开展的研究基础,运用微通道对金属钒及杂质离子形态在传质过程中影响进行研究。主要研究内容如下:（1）以伯胺N1923萃取体系为基础,在微通道中研究V（V）的液-液流型和萃
近年来,对绿色能源的需求迅速上升,带动了锂离子电池（LIBs）的快速发展,大量LIBs被用于新能源汽车以及便携式的电子产品中。LIBs在长达5年的使用寿命结束后,会产生大量的废电池。废电池中含有各类过渡金属,现阶段回收电池中金属的传统方法具有回收成本高且容易造成二次污染等问题。据已有的研究报道,过渡金属可以应用于高级氧化技术实现污水处理且效果突出、高效易操作。因此,本论文主要以废旧锂离子电池正极材
光子晶体（PC）是亚微米级周期性有序结构,其关键特征是具有光子带隙（PBG）。PBG中的带隙反射可以调制光的传播方式。本文所制备的单分散聚苯乙烯（PS）微球的表面具有高电荷密度,可以依靠静电力自组装形成非紧密堆积的胶体晶体（CPC）阵列。根据布拉格公式,折射率和晶格间距等能够引起CPC反射波长的变化。因此,可以通过调制CPC的晶格常数或折射率,使其有效地反射紫外、可见或红外光。本文基于CPC独特的
水下航行器在科考研究、民用探测、抢险救援、军事斗争等方面有着较为重要的作用,近年来随着社会的发展和对海洋探索的需要,水下航行器使用逐渐频繁,由于水下航行器的运动环境复杂,所以整个运动控制系统具有强耦合性、时变性和非线性等特点,这也给航行器的控制精度、控制效率、稳定性以及续航能力带来极大挑战,水下航行器控制系统作为无人水下航行器进行自主运动的关键核心,加强对水下航行器控制系统的研究,优化水下航行器控
高介电常数、低介电损耗的介电材料因其在电容器、驱动器和晶体管等电子电气工业中的广泛应用而受到越来越多的关注。目前,聚合物基介电复合材料在提高介电常数的同时,但通常也会存在介电损耗高等问题。本文采用具有较低介电损耗的高抗冲聚苯乙烯（HIPS）为复合物基体,通过调整填料与基体的比例,探究能够提高聚合物基介电复合材料介电性能的最优方案,并同时保持低介电损耗及高击穿场强等性能。另外,由于高温和高电场下的能
目前,能源已成为经济社会发展过程中所必需的基本资源,但由于世界范围内能源的不断消耗以及越来越多环境问题的产生,可再生能源成为一种最佳可替代方案。在现有的可再生能源中,太阳能最具潜力,因此,众多研究人员专注于如何提高太阳能的利用率。纳米流体作为一种新型的工作流体在太阳能光热利用方面极具前景,能够显著提升太阳能的利用率。纳米流体的基液、纳米颗粒的种类和性质是决定纳米流体光热效率的关键要素。氧化锌纳米颗