钛基焦磷酸盐用作镁离子电池正极材料的电化学性能研究开题报告

全文总字数：4866字

1. 研究目的与意义（文献综述）

从19世纪50年代的铅酸电池开始，到现在的锂离子电池。人们对更高能量密度的电池需求越来越大。随着社会的不断发展与进步，化石能源消耗日益增长，能源危机与环境问题日益严重，绿色环保和高能量密度的电化学储能装置受到了越来越多的关注。其中，二次电池因其简单高效的特点成为近年来发展的主流方向。

锂离子电池（libs）自商业化以来，便凭借其优异的电化学性能受到了广泛的关注。并且随着libs在众多领域中的广泛应用，削减了人们对化石燃料的依赖，进而有效缓解了环境污染问题。但是，由于锂元素储量有限，成本较高，使得锂离子电池的进一步应用受到了极大的限制。因此，开发新型的具备高能量密度、高功率密度且造价低廉的金属离子电池体系已成为必要的研究趋势。

受益于更高的容量和无枝晶镁金属负极（无枝晶沉积具有100%库仑效率，使金属镁成为理想的负极），镁二次电池（rmbs）是一种很有前途的储能设备，在诸多的应用领域有着潜在的应用前景。由于mg² 具有二价，其在正极材料中的扩散比li 等一价阳离子慢得多，导致大多数电极材料存在电压滞后大、镁化程度低等问题。因此，寻找具有良好动力学的正极材料成为发展镁电池的主要挑战之一。金属离子电池正极材料大致可以分为层状材料、普鲁士蓝及其类似物、聚阴离子型材料、有机材料等。近年来，钛基焦磷酸盐tip₂o₇引起了人们的广泛关注，是一种聚阴离子化合物，具有tio₆八面体和p₂o₇双四面体共角的三维结构，类似于nacl型的立方结构。它具有诸多优点，比如：结构稳定性好、安全性能高、稳定的电化学容量、离子迁移率高、充放电稳定等。该材料具有三维的离子传输通道，有望实现快速的镁离子扩散，而且其优异的结构稳定性为实现可逆地镁离子嵌入/脱出提供了保障。因此，该材料可能是一种十分具有潜力的镁电池正极材料，但相关研究尚未见报道。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：通过溶剂热法、固相烧结等实验方法设计构筑钛基焦磷酸盐tip₂o₇

材料表征：对钛基焦磷酸盐材料进行结构表征和电化学性能测试。通过xrd、tem、sem、xps、raman等手段对材料进行物相、形貌、元素状态等进行表征。并且在不同的电解液体系中，采用循环伏安(cv)、恒流充放电(et)等电化学测试技术对其电化学性能进行系统评估。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-6周：按照设计方案，制备钛基焦磷酸盐tip₂o₇材料。

第7-10周：利用xrd（x射线衍射）、sem（扫描电子显微镜）、透射电子显微镜（tem）、x射线光电子能谱（xps）、拉曼光谱（raman）等手段对材料的物相、形貌、元素状态等进行表征，并进行相关的电化学性能测试；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]aurbach d, lu z, schechter a, et al. prototype systems for rechargeable magnesium batteries[j]. nature, 2000, 407(6805): 724.

[2]choi j w, aurbach d. promise and reality of post-lithium-ion batteries with high energy densities[j]. nature reviews materials, 2016, 1(4): 16013.

[3] mao m, gao t, hou s, et al. a critical review of cathodes for rechargeable mg batteries[j]. chemical society reviews, 2018, 47(23): 8804-8841.