金属氧化物掺杂改性及其在储能电池中的应用

本书着眼于解决储能电池电极材料二氧化钛和锰基氧化物的电子导电性和离子导电性较差的问题，为了改善其电化学性能，实现电化学反应过程中离子方便及快速的嵌入和脱出，以及电子的快速迁移，详细介绍了二氧化钛和锰基氧化物纳米材料的制备、元素掺杂改性、石墨烯复合工作，并详细介绍离子扩散动力学性能的测试方法和分析手段，为二氧化钛和锰基氧化物在储能电池中的实际应用奠定了理论研究基础。本书特色：本书脉络清晰，研究深入，理论与应用并重，完整地阐述了金属氧化物掺杂改性及其在储能电池中的应用，对电池电极材料研究的技术人员具有一定的指导意义，且该书出版后也将在相关领域具有一定的影响力。 

本书着眼于解决储能电池电极材料二氧化钛和锰基氧化物的电子导电性和离子导电性较差的问题，系统阐述了金属氧化物掺杂改性及其在储能电池中的应用。全书共分为4章，主要内容包括概述、离子掺杂二氧化钛纳米材料在储能电池中的应用、离子掺杂锰基氧化物纳米材料在镁离子电池中的应用、离子掺杂金属氧化物与石墨烯复合材料在镁离子电池当中的应用。本书内容精练，脉络清晰，理论与应用并重，可为从事电池研究与开发等涉及新能源材料与器件领域的科研人员提供指导，也适合高校相关专业的师生参考使用。

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第1章概述 11.1储能电池概述 11.1.1锂离子电池 31.1.2镁离子电池 181.2二氧化钛晶体结构表征概述 231.2.1锐钛矿相二氧化钛 241.2.2金红石相二氧化钛 251.2.3板钛矿相二氧化钛 251.2.4青铜矿相二氧化钛 251.3锰基氧化物晶体结构表征概述 261.3.1二氧化锰 261.3.2镁锰氧化物 271.3.3钠锰氧化物 271.4离子掺杂 281.4.1阳离子掺杂 281.4.2阴离子掺杂 731.5离子扩散动力学性能分析 941.5.1恒流间歇滴定法 941.5.2恒压间歇滴定法 951.5.3循环伏安法 961.5.4电化学阻抗谱法 96第2章离子掺杂二氧化钛纳米材料在储能电池中的应用 972.1离子掺杂二氧化钛材料在锂离子电池中的应用 972.1.1锐钛矿相二氧化钛纳米颗粒的合成与电化学性质研究 982.1.2氮离子掺杂锐钛矿相二氧化钛材料制备及电化学性能 1062.1.3氮离子掺杂青铜矿相二氧化钛材料制备及电化学性能 1172.1.4铜离子掺杂青铜矿相二氧化钛材料制备及电化学性能 1312.2离子掺杂二氧化钛材料在镁离子电池当中的应用 1442.2.1镍离子掺杂青铜矿相二氧化钛材料制备及电化学性能 1502.2.2铜离子掺杂青铜矿相二氧化钛材料的制备及电化学性能 165第3章离子掺杂锰基氧化物纳米材料在镁离子电池中的应用 1743.1铁离子掺杂镁锰氧化物纳米材料 1743.1.1铁离子掺杂镁锰氧化物纳米材料制备 1753.1.2铁离子掺杂镁锰氧化物电化学性能 1753.2钛离子掺杂钠锰氧化物纳米材料 1923.2.1钛离子掺杂钠锰氧化物纳米材料制备 1923.2.2钛离子掺杂钠锰氧化物电化学性能 193第4章离子掺杂金属氧化物与石墨烯复合材料在镁离子电池当中的应用 2044.1镍离子掺杂二氧化钛与石墨烯复合材料 2044.1.1镍离子掺杂二氧化钛与石墨烯复合材料的制备与结构分析 2054.1.2镍离子掺杂二氧化钛与石墨烯复合材料的电化学性能 2084.2镁锰氧化物与石墨烯复合材料 2104.2.1镁锰氧化物与石墨烯复合材料的制备与结构分析 2104.2.2镁锰氧化物与石墨烯复合材料的电化学性能 213参考文献 219

随着各种电子产品性能的不断提升以及电动汽车、大规模储能技术的快速发展，应用设备对储能电池的能量密度、循环寿命、安全性等提出了越来越高的要求，储能电池迎来了极大的发展机遇。锂离子电池已在能源存储和转换技术中处于领先地位。镁离子电池具有独特的应用优势(镁元素蕴藏丰富、价格低廉、能量密度高、安全性能高等)，也将成为下一代新能源存储装置之一，因此针对储能电极材料的开发工作尤为重要。储能电极材料中的二氧化钛和锰基氧化物均具有储量丰富、成本低、高安全性、无环境污染等优点，非常有利于实际生产和应用。另外，二氧化钛和锰基氧化物具有较高理论比容量和工作电压，结构稳定、循环稳定性好，具有非常可观的应用前景。但是，二氧化钛和锰基氧化物的电子导电性和离子导电性较差，限制其在大功率条件下的应用。如何改善二氧化钛和锰基氧化物的电子导电性和离子导电性较差的问题，对于储能电池的发展具有重要意义。本书系统地介绍了针对金属氧化物电极材料的离子掺杂对其应用于锂离子电池和镁离子电池性能的影响。全书以储能电池、二氧化钛晶体结构表征、锰基氧化物晶体结构表征、离子掺杂以及离子扩散动力学性能等基础知识开篇，进而详细介绍了离子掺杂二氧化钛纳米材料、离子掺杂锰基氧化物纳米材料、离子掺杂金属氧化物与石墨烯复合材料在电池中的应用等内容。本书针对离子掺杂改性与材料锂离子扩散动力学性能相关的构效关系方面进行了深入和创新性的探究，通过循环伏安法、电化学阻抗谱法、恒电流间歇滴定、恒电压间歇滴定等方法系统揭示了离子掺杂对材料电化学动力学特性的影响机制，为改善储能电池倍率性能和循环稳定性方面研究提供了指导和借鉴。本书由哈尔滨理工大学电气与电子工程学院张永泉和迟庆国共同编写。全书共4章，第1章和第2章由张永泉编写，第3章和第4章由迟庆国编写。书中研究成果依托国家自然科学基金青年基金项目(纳米TiO2B的电子 晶体结构调制及其镁离子输运性质研究11704089)、黑龙江省自然科学基金联合引导项目(石墨烯基复合材料的镁离子赝电容性及储能机理研究LH2020E093)的支持。特别说明的是，本书为黑白印刷，部分图展示效果不佳，对于这些图，读者可扫描下方二维码查看彩色版，提供彩色版的图均在图题后以“(电子版)”进行了标注。由于笔者水平的限制，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。著者